Установка биогаз: ЗАБЛУЖДЕНИЯ О БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВКАХ | Ecodevelop

Содержание

Биогаз — MWM

Биогаз: высокоэффективная и рентабельная альтернатива центральному энергоснабжению

MWM предлагает долговечные и надежные решения для использования биогаза. Газ, являющийся побочным продуктом многих процессов в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и промышленном производстве, используется сегодня в качестве топлива для генераторных установок на базе газовых двигателей.

Преимущества использования собственного биогаза на сельскохозяйственных электростанциях:

  • сокращение выбросов углекислого газа за счет разложения образующегося естественным путем метана;
  • рекламация ценных земель, которые обычно используются для очистки органических сточных вод;
  • отсутствие проблем с запахом и вредителями, сопряженных с разложением органического материала.

Первоначальные расходы могут обеспечить существенную экономию в долгосрочной перспективе и позволяют повысить уровень экологической ответственности.

Биогаз из возобновляемых природных ресурсов и биогазовые установки

Энергия, получаемая из биомассы, может внести значительный вклад в экологически чистое энергоснабжение. На данный момент биогаз отличается наибольшей эффективностью использования и обеспечивает наиболее полную реализацию энергетического потенциала биомассы.

Биогаз образуется в ходе анаэробного сбраживания органических материалов в ферментере биогазовой установки. Биогаз, состоящий преимущественно из метана и углекислого газа, образуется при анаэробном разложении органических отходов. Содержание метана (Ch5) в этом газе составляет от 45 до 70 процентов. При его горении выделяется столько CO2, сколько было поглощено растением во время роста. Блочно-модульные энергоблоки, работающие на биогазе, позволяют экономить выбросы, которые образовались бы при сжигании невозобновляемых энергоносителей.

Вместо неконтролируемого разложения этих отходов и высвобождения газов в атмосферу отходы помещаются в среду с пониженным содержанием кислорода, например в закрытый отстойник или надземный стальной резервуар. Метан, отбираемый оттуда, используется для производства электроэнергии или тепла.

В связи с наличием загрязнений и неоднородностью биогаза, как правило, требуется предварительная подготовка. Однако использование газового двигателя, созданного специально для работы на биогазе, позволяет снизить затраты на предварительную подготовку.

Наши газовые двигатели (генераторные установки) устроены таким образом, что в них может перерабатываться топливо с разным содержанием метана, что характерно для биогаза.

Газовые двигатели MWM созданы специально для сжигания биогаза:

  • насос системы вентиляции картера для откачивания потенциально кислотных картерных газов;
  • специально сконструированные, устойчивые к коррозионным элементам сердцевины интеркулеров, головки блока цилиндров, коренные и шатунные подшипники;
  • дифференцированная система охлаждения для эксплуатации при повышенных температурах воды в водяной рубашке для предотвращения конденсации вредных веществ.

MWM предлагает специальные газовые двигатели, работающие на биогазе, комплексные установки и контейнеры для когенерации. Все агрегаты отличаются наивысшим КПД в своих классах мощности. При этом MWM также предлагает необходимые компоненты системы для подготовки и очистки газа. При установке генератора в отдаленных районах вырабатываемая энергия может использоваться исключительно установкой.

Биогазовые установки — Сферы применения газовых установок

Биогаз: высокоэффективная и рентабельная альтернатива центральному энергоснабжению

PowerLink предлагает долговечные и надежные решения для использования биогаза. Газ, являющийся побочным продуктом многих процессов в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и промышленном производстве, используется сегодня в качестве топлива для генераторных установок на базе газовых двигателей.

Преимущества использования собственного биогаза на сельскохозяйственных электростанциях:

  • сокращение выбросов углекислого газа за счет разложения образующегося естественным путем метана;
  • рекламация ценных земель, которые обычно используются для очистки органических сточных вод;
  • отсутствие проблем с запахом и вредителями, сопряженных с разложением органического материала.
  • Первоначальные расходы могут обеспечить существенную экономию в долгосрочной перспективе и позволяют повысить уровень экологической ответственности.

Биогаз из возобновляемых природных ресурсов и биогазовые установки

Энергия, получаемая из биомассы, может внести значительный вклад в экологически чистое энергоснабжение. На данный момент биогаз отличается наибольшей эффективностью использования и обеспечивает наиболее полную реализацию энергетического потенциала биомассы.

Биогаз образуется в ходе анаэробного сбраживания органических материалов в ферментере биогазовой установки. Биогаз, состоящий преимущественно из метана и углекислого газа, образуется при анаэробном разложении органических отходов. Содержание метана (Ch5) в этом газе составляет от 45 до 70 процентов. При его горении выделяется столько CO2, сколько было поглощено растением во время роста. Блочно-модульные энергоблоки, работающие на биогазе, позволяют экономить выбросы, которые образовались бы при сжигании невозобновляемых энергоносителей.

Вместо неконтролируемого разложения этих отходов и высвобождения газов в атмосферу отходы помещаются в среду с пониженным содержанием кислорода, например в закрытый отстойник или надземный стальной резервуар. Метан, отбираемый оттуда, используется для производства электроэнергии или тепла.

В связи с наличием загрязнений и неоднородностью биогаза, как правило, требуется предварительная подготовка. Однако использование газового двигателя, созданного специально для работы на биогазе, позволяет снизить затраты на предварительную подготовку.

Наши газовые двигатели (генераторные установки) устроены таким образом, что в них может перерабатываться топливо с разным содержанием метана, что характерно для биогаза.

Газовые двигатели PowerLink созданы специально для сжигания биогаза:

  • насос системы вентиляции картера для откачивания потенциально кислотных картерных газов;
  • специально сконструированные, устойчивые к коррозионным элементам сердцевины интеркулеров, головки блока цилиндров, коренные и шатунные подшипники;
  • дифференцированная система охлаждения для эксплуатации при повышенных температурах воды в водяной рубашке для предотвращения конденсации вредных веществ.

PowerLink предлагает специальные газовые двигатели, работающие на биогазе, комплексные установки и контейнеры для когенерации. Все агрегаты отличаются наивысшим КПД в своих классах мощности. При этом PowerLink также предлагает необходимые компоненты системы для подготовки и очистки газа. При установке генератора в отдаленных районах вырабатываемая энергия может использоваться исключительно установкой.

В Самарской области создали установку по выработке биогаза

22.09.2020 10:30:00

Резидент технопарка «Жигулевская долина» компания «БиоТехКомп» (БТК) в рамках проекта «ЭкоБУМ» создал мобильную установку по переработке отходов жизнедеятельности крупного рогатого скота.

Оборудование позволит владельцам небольших ферм региона качественно повысить уровень работы своих сельхозугодий и сохранить окружающую среду. На днях успешно завершились первые испытания изобретения, сообщается на сайте Технопарка.

— Проект «ЭкоБУМ» – победитель «IВолги 2.0» и «УМНИК» Фонда содействия инновациям. Проект был реализован совместно с нашим технологическим партнером — Самарским аграрным университетом, — рассказал подробности генеральный директор компании ООО «БиоТехКомп» Александр Чистов. — Над созданием оборудования наша команда работала восемь месяцев и сейчас наконец появилась возможность испытать нашу установку в деле. В этом помогла победительница IВолги 2.0 Анастасия Денисова – именно она предоставила свою ферму для проведения испытаний. Установка, созданная в цехах резидента технопарка, рассчитана на стадо до 50 голов и способна переработать до 6000 литров навоза в месяц. Система автоматически определяет, когда необходимо провести перемешивание, чтобы эффективно вывести биогаз для его дальнейшего использования.


Биогаз состоит из метана (60-70%), углекислого газа (25-35%) и сероводорода (около 5%). Сфер применения у биогаза достаточно – он сгорает в котле отопления, а также может быть топливом для машин при дополнительной фильтрации. Предполагается, что установка повлияет на экологию области – у фермеров появится возможность очищать и утилизировать навоз, который в большом количестве может быть причиной загрязнения земель и рек.

По сути, установка является единицей малой энергетики и местом утилизации органических отходов.

— Повсеместное применение этой технологии однозначно улучшит экологию области. Кроме того, по договоренности с Самарским аграрным университетом, студенты инженерного факультета смогут проходить практику, используя на фермах наши установки, — добавил Александр Чистов.


Источник: https://recyclemag.ru/news/samarskoi-oblasti-sozdali-ustanovku-virabotke-biogaza

Продукты :: Биогазовые установки :: Крупные биогазовые установки :: Биогазовые установки и системы

Принцип работы биогазовых установок

Биогазовая установка представляет собой герметически закрытую емкость, в которой при определенной температуре происходит анаэробное сбраживание органической массы отходов (навоза), сточных вод и т.п. с образованием биогаза.

Принцип работы всех биогазовых установок одинаков: после сбора и подготовки сырья, заключающейся в доведении его до нужной влажности в специальной емкости, оно подается в реактор, где создаются условия для оптимизации процесса переработки сырья.

Полученный биогаз, состоящий на 70% из метана, после очистки, собирается и хранится до времени использования в газгольдере. От газгольдера к месту использования в газовых приборах биогаз проводят по газовым трубам.

Теплотворная способность одного кубометра биогаза составляет в зависимости от содержания метана, 20-25 МДЖ/ м3, что эквивалентно сгоранию 0,6 – 0,8 литра бензина; 1,3 — 1,7 кг дров или использованию 5 — 7 кВт электроэнергии.

Переработанное в реакторе биогазовой установки сырье, превратившееся в биоудобрения, выгружается через выгрузное отверстие и вносится в почву или используется как кормовая добавка для животных.

Биогазовая установка с объемом реактора 25 м3 способна перерабатывать в мезофильном режиме до 1,2 тонн навоза в сутки и производить около 30м3 биогаза и чуть менее тонны жидких экологически чистых биоудобрений, норма внесения которых – от 5 до 7 тонн на гектар. Получаемые 30 м

3 биогаза достаточны для отопления 100 м2 жилой площади, приготовления пищи и обеспечения горячей водой семьи из 5-6 человек. Установки большей мощности могут использоваться для производства электроэнергии.

Биоудобрение содержит органические вещества, которые увеличивают проницаемость и гигроскопичность почвы, предотвращают эрозию и улучшают общие почвенные условия. Органические вещества также являются базой для развития микроорганизмов, которые переводят питательные вещества в форму, легко усваиваемую растениями. Практика показывает, что урожайность растений при применении биоудобрений повышается от 10% до 200%, уничтожаются семена сорняков.

 

Параметры фермерских биогазовых установок с газгольдером, механической подготовкой, пневматической загрузкой и перемешиванием сырья, с подогревом сырья в реакторе при работе в мезофильном (37° С) температурном режиме.

Показатели

Объем реакторов

5 м3

10 м3

15 м3

25 м3

50 м3

100 м3

250 м3

Необходим свежий навоз

кол-во коров

5

10

20

27

55

110

270

Удобрения

тонн/ год

100

250

360

550

1200

2400

6000

тонн/ сутки

0,3

0,7

1

1,6

3,3

6,6

16,6

Биогаз

м3 / год

5400

12600

18000

28800

59400

118800

298800

м3/ сутки

15

35

50

80

165

330

830

Стоимость биогазовых установок

USD

15000

19000

22500

28000

40000

61200

122400

Стоимость удобрений, в год (6 USD /тонна)

USD

600

1500

2160

3300

7200

14400

36000

Стоимость газа, в год (0,2 USD /м3)

USD

1080

2520

3600

5760

11880

23760

59760

Выгоды в год

USD

1680

4020

5760

9060

19080

38160

95760

Окупаемость

лет

5,3

2,8

2,3

1,8

1,2

0,9

0,8

*Стоимость установок рассчитана без налогов, транспортных и строительных расходов

Биогазовые установки. Работа и устройство. Биогаз и применение

Потребление энергии в современном мире постоянно растет, и сырьевые ресурсы истощаются. Поэтому человек все активнее использует в повседневной жизни альтернативные виды топлива, такие как энергия солнца, ветра, воды. Ежегодно в мире производятся и накапливаются тонны биологических отходов, на утилизацию которых уходят большие средства. Но теперь появилась технология, которая позволяет перерабатывать биоотходы (прежде всего, навоз) и получать экологически чистое топливо — биогаз. Эти технологии положили начало развитию новой отрасли — биоэнергетики. Для производства экологического газа используются специальные агрегаты — биогазовые установки.

Что такое биогаз

Биогаз — это газ, который выделяется в результате брожения биомассы. Это вещество без цвета и запаха, которое на 70% состоит из метана и на 30% — из углекислого газа. Обладает очень высокой производительностью тепла: при сжигании 1 м³ биогаза выделяется столько же тепла, сколько при сжигании 1,5 кг каменного угля.

Выделение биогаза происходит под воздействием анаэробных бактерий, активность которых увеличивается при нагревании. Они стимулируют разложение органических отходов, в результате чего образуется биологический газ.

Однако для производства этого вида топлива подходят не любые биомассы. Самое подходящее сырье — навоз из-под коров, поскольку коровы питаются только растительной пищей. А вот птичий помет и отходы свиноферм использовать нельзя, поскольку они являются токсичными. Для получения биогаза их приходится разбавлять.

Помимо этого, для получения биологического газа применяют отходы от производства соков, вин, молока, крахмала и патоки, отходы от переработки картофеля, травы, водорослей, бытовые отходы и т.п.

Плюсы и минусы
Производство биогаза имеет ряд неоспоримых преимуществ:
  • Эффективно уничтожает отходы и обеззараживает стоки.
  • Благоприятно влияет на экологическую обстановку, поскольку предотвращает выброс в атмосферу метана, оказывающего огромное влияние на парниковый эффект.
  • Сырье является неиссякаемым и практически бесплатным, поэтому приобретение оборудования становится экономически выгодным.
Как и любая технология, производство биогаза не идеально и имеет свои недостатки:
  • Скорость его производства в значительной степени уступает традиционным источникам энергии.
  • Для поддержания реакции нужно большое количество ферментов определенного качества.
  • При нарушении герметичности емкостей с биогазом его качество резко снижается.
Где применяется

Биологическое топливо в первую очередь идет на бытовые нужды: приготовление пищи или обогрев помещения. Предприятия могут использовать биогаз для замкнутого производственного цикла, ведь стоимость этого топлива конкурирует с самой дешевой атомной энергией.

Конструкция и принцип работы биогазовой установки

Биогазовые установки — это специальные агрегаты, в которых происходит переработка отходов с образованием биогаза и органического удобрения.

Их изготавливают в промышленности для крупных ферм и предприятий, но при желании такую установку может приобрести для себя и владелец частного дома. Однако для последнего она будет выгодна только в том случае, если он имеет ежедневный доступ к достаточному количеству органических отходов, например, держит свое приусадебное хозяйство.

Конструкция и принцип работы промышленных и бытовых установок аналогичны, отличаются агрегаты только своим размером и объемом производимого топлива.

Биогазовые установки включают в себя:
  • Перерабатывающий бункер.
  • Систему подвода газа.
  • Подачи и выгрузки сырья.
  • Подогрева.
  • Перемешивания.
Принцип работы устройства прост:
  • В перерабатывающий герметичный бункер загружают отходы, разбавленные водой.
  • Там отходы подогреваются, активируя бактерии, и начинают бродить, выделяя газ.
  • Газ собирается в верхней части бункера и по специальной трубе поступает в газосборник, а оттуда — на бытовые приборы.
  • Содержимое бункера систематически обновляют, добавляя свежую биомассу и сливая отработанную.

Для загрузки в устройство подходят только свежие отходы. Использовать уже гниющее сырье малоэффективно. Кроме того, нельзя, чтобы в переработку попали антибиотики, плесень, древесная смола, моющие средства и растворители.

Как работают биогазовые установки: (https://www.youtube.com/embed/mIwA9EN5J6o)

Биогазовые установки для дома

Приобретение промышленных агрегатов обойдется недешево, да и окупаемость в домашнем хозяйстве составит лет 7-10. При этом потребуется большой объем органических отходов. Поэтому намного выгоднее и удобнее изготовить бытовую установку по производству биогаза своими руками. Материалы для этого потребуются самые доступные, а технология изготовления по плечу любому хозяину.

Перерабатывающий резервуар

Для него подойдет любая герметично закрывающаяся емкость цилиндрической формы. Это могут быть большие кастрюли или выварки, а также бочки из пластика объемом 10 л. Можно использовать и железные, но перед этим потребуется обработать их антикоррозийным составом и водостойкой краской.

Газоотвод

Представляет собой трубу, которую приваривают к крышке бочки. Для сообщения резервуара с газоотводом в месте монтажа последнего прорезают отверстие. Через трубу газ из бака поступает в накопитель, а оттуда — к бытовым приборам.

Рядом с газоотводом следует установить специальный клапан для выпуска газа, на случай, если давление в резервуаре слишком поднимется.

Подача и выгрузка сырья

Для подачи свежей биомассы и удаления из резервуара отработанной потребуется проделать в баке два отверстия. То, что предназначено для выгрузки, лучше делать у самого дна. А для загрузки — повыше. В них впаиваются трубы соответствующего диаметра.

Труба для загрузки должна быть направлена вверх, и ее удобно оборудовать воронкой. А патрубок для сливания отработанной массы следует установить так, чтобы слив происходил беспрепятственно. Стыки нужно герметизировать.

Подогрев

Если резервуар для производства биогаза будет размещаться на улице, необходимо позаботиться о его теплоизоляции и системе подогрева. Для теплоизоляции достаточно обернуть бак утепляющей тканью или вкопать его в землю.

Для организации подогрева можно использовать разные варианты, например:
  • Подвести трубы от системы отопления и расположить их в виде змеевика вокруг бака.
  • Поместить резервуар внутрь другого, заполненного водой, которую подогревать тенами.

Оптимальная температура для протекания реакции — 38 градусов. При ее повышении более 55 градусов процесс может остановиться, поскольку анаэробные бактерии погибнут.

Перемешивание

Перемешивание в несколько раз повышает эффективность технологического процесса. Для этого необходимо внутрь резервуара установить ось с приваренными лопастями, а конец этой оси вывести на крышку и герметизировать. Потом ее необходимо оборудовать специальной ручкой.

Получение газа

В готовую установку следует загрузить органическую массу и долить воды в соотношении 2:3. Крупные отходы нужно измельчить. Закрыть резервуар крышкой и ждать начала брожения. Обычно процесс стартует через 2-3 дня. Об этом можно судить по характерному бульканью.

Через две недели требуется добавить свежую порцию сырья и слить отработанную партию. После того, как через загрузочную трубу поступит новая партия, из выходного патрубка сольется столько же отработанной жидкости. Ее можно использовать для удобрения почвы на огороде. В дальнейшем обновлять сырье потребуется раз в два дня.

Биогазовые установки своими руками: (https://www.youtube.com/embed/Q8o9Ye8JcRY)

Обратите внимание, что использование даже простейшего оборудования по производству биогаза должно быть оформлено документально. В том числе должно быть получено разрешение Санэпидемстанции, пожарной и газовой служб.

Похожие темы:

принцип действия, плюсы и минусы

Дата публикации: 27 февраля 2019

Среди альтернативных источников энергии биогаз выделяется тем, что для его производства нужны не столько природные ресурсы, сколько отходы различного вида производства. Это делает биогаз контролируемым человеком источником энергии. Ему не страшны ни безветрие, ни облачность. Объем необходимого для производства биогаза сырья всегда можно рассчитать заранее.

Биогазовая установка: принцип работы

Биогазовая станция перерабатывает органические отходы и производит биогаз и биомассу. Происходит это следующим образом. Когда сырье попадает в реактор, на него начинают воздействовать специальные виды бактерий — метанообразующие, кислотообразующие и гидролизные. Органическое сырье начинает бродить и разлагаться. В результате этих процессов выделяется биогаз. Под биогазом подразумевается смесь углекислого газа с метаном с небольшими вкраплениями азота, сероводорода, аммиака.

Работает биогазовый агрегат следующим образом:

  1. Накопительные емкости заполняются сырьем (это органические отходы производства, например, навоз или опилки).
  2. При необходимости сырье измельчается и перемещается в переходную емкость, где его подогревают.
  3. После этого сырьевая масса пригодна для обработки в герметичном реакторе. Там она также подогревается до 40 градусов, а также регулярно перемешивается.
  4. Далее сырьевая масса преобразуется в биоудобрение и биогаз. Время сырьевой обработки в реакторе зависит от типа сырья.
  5. Биоудобрения собираются в самом реакторе, а извлекаются только после полного завершения процесса переработки. Далее они поступают в накопительную емкость, где разделяются на твердые и жидкие. После чего их можно использовать по назначению.
  6. Биогаз под низким давлением собирается в газгольдере, затем проходит очистку, после которой либо готов к использованию, либо идет на переработку для получения тепловой либо электрической энергии.

Плюсы биогазовых установок

Биогазовые станции как источники альтернативной энергии имеют ряд преимуществ:

  • Они способны производить энергию при любых погодных условиях. Это их выгодное отличие от гелиостанций и ветрогенераторов.
  • Кроме того, в отличие от агрегатов, работающих с энергией солнца или ветра, производительность биогазовых установок всегда на высоте.
  • Они добывают энергию из доступного сырья, объемы которого неисчерпаемы. Для таких установок можно использовать органические отходы деревообработки, сельского хозяйства и пищевой промышленности.

  • Необходимое для установки сырье практически всегда бесплатно либо имеет очень низкую стоимость.
  • Являются прекрасным решением проблемы утилизации органических отходов. Это прямая экономия на строительстве очистительных сооружений. К тому же, такие установки существенно уменьшают обязательные санитарные зоны вокруг предприятий.

Минусы биогазовых установок

Как ни странно, биогазовые агрегаты имеют ряд недостатков:

  • Установка всегда должна размещаться поблизости от источников сырья, например, возле животноводческих ферм.
  • В процессе работы установки образуется газ с неприятным запахом, поэтому приходится располагать ее на достаточном расстоянии от жилья.
  • Оборудование биогазовой станции имеет высокую стоимость, а также большой срок окупаемости.
  • Домашние установки не могут служить основным источником энергии для бытовых нужд, поскольку маленькие хозяйства не производят достаточного количества органических отходов.
  • Хотя биогаз считается экологичным видом топлива, при сгорании он выделяет какую-то долю вредных веществ. Это его отличие от, например, топлива из опилок.

Станции по производству биогаза уместны там, где есть достаточное количество сырья. Это главное условие постройки или приобретения такого агрегата. Сферы применение биогазовых установок достаточно широкие. Они нужны на животноводческих фермах, сельскохозяйственных предприятиях, на пищевых фабриках, на деревообрабатывающих заводах и просто в домашних хозяйствах. Сам биогаз используется для получения тепловой и электрической энергии, заправки газовых плит и автомобилей.

Биогаз | epc.com

Установки по биогазу поставляют электричество, тепло, холод и газ, которые доступны круглый год и круглые сутки, легко аккумулируются, не зависят от погоды и легко транспортируемы. Представляют собой поставщика электроэнергии будущего, постоянно доступны и берегут окружающую среду.

Биогазовые установки для муниципалитетов, предприятий сельского хозяйства, а также предприятий по утилизации отходов являются привлекательными инвестициями с учетом проблем защиты окружающей среды. Переработка шламов, навоза, остаточных веществ и энергетических растений является вариантом преобразования отходов в используемую энергию. С помощью детальной проработки, индивидуальной разработки технологического процесса, правильной постановки тех. задания в местные органы власти, короткими сроками поставки, строительства и ввода в эксплуатацию мы обеспечиваем все возможности по поддержке и оптимизации Вашей биогазовой установки. Это включет также и выбор подходящей площадки, доступного местного сырья, а также оптимальное использование образующегося тепла.

Готовые «под ключ» установки по биогазу от ЕРС гарантируют стабильные процессы ферментации с максимальным выходом и минимальными производственными затратами при высокой безопасности эксплуатации. Биомасса разлагается без участия кислорода (анаэробно) и при помощи специальных бактерий в ферментерах. Процесс разложения проходит в четыре этапа, которые работают непрерывно и параллельно. Системные решения от ЕРС для брожения применяемых веществ состоят из установки по биогазу, выполненной в виде одноступенчатых мезофильных установок после мокрого технологического процесса для непрерывной работы. В процессе мокрой ферментации субстрат можно перемешивать и переливать, таким образом, что он может хорошо перемешиваться в течение всего процесса.

Этим достигается хороший обмен энергий и питательными веществами между бактериями и субстратом. Полученные при таком процессе остатки брожения находят применения в качестве сельскохозяйственного удобрения. Образующийся газ может легко выходить из жидкости и дальше перерабатываться. К этому мы можем также предложить сухую ферментацию для непригодных для перекачки насосом сырьевых компонентов. В установке по подготовке газа из биогаза образуется био-метан, которые ни в чем не уступают качеству и производительности природного газа. Группа компаний ЕРС предлагает установки для сжижения био-метана, для его возможной транспортировки.

достижений в области биогаза в США

Производство ряда конечных продуктов из, казалось бы, бесконечного списка ресурсов, развитие энергетических проектов на основе метана в стране набирает обороты.

Навоз крупного рогатого скота, птицы и свиней, отходы от обедов, отстой с очистных сооружений, отходы консервирования овощей и картофеля, остатки пивоварения, захороненный мусор и список можно продолжать бесконечно, материалы, от которых большинство людей стремятся избавиться, становятся все более горячими товары в развивающихся странах U.С. биогазовая промышленность. Хотя это кажется инфантильным по сравнению с развитыми энергетическими секторами других стран, такими как Германия, в последние годы наблюдается бум развития, вызванный множеством факторов, включая стандарт США на возобновляемые источники топлива.

В настоящее время в США насчитывается более 2200 действующих предприятий по производству биогаза, по данным Американского совета по биогазу, в том числе 171 ферментный метантенк, 1500 метантенков на очистных сооружениях, из которых только 250 используют производимый биогаз — 563 свалки. энергетические проекты (26 трубопроводов, 537 электросетей), и существует более 11 000 потенциальных площадок для новых проектов, на перспективы которых смотрят как отечественные, так и иностранные девелоперы.

Различные штаты и регионы скоро или недавно стали домом для новых проектов, которые производят различные конечные продукты, от электроэнергии до возобновляемого природного газа, на основе доступного сырья, стимулов / финансирования и цен на электроэнергию, а также создания импульса для сокращения отходы и создание возобновляемых источников энергии. Ниже приводится сводка некоторых проектов, которые были введены в эксплуатацию или началось строительство за последний год.

Запад США
В молочной стране у варочных котлов есть история.Хотя эта история не совсем радужная, тенденции изменились, и значительную силу, стоящую за новой волной интереса и разработок, можно отнести к грантам штата Калифорния, которые были и будут финансировать проекты на десятки миллионов долларов США. политика и инициативы по улучшению качества воздуха в штате и, по крайней мере, частично, братьям Дэрилу и Кевину Маасам, которые владеют компаниями Farm Power Northwest и Maas Energy Works, которые совместно владеют или управляют 11 существующими проектами, и многие другие находятся в стадии разработки.«Мы начали свою деятельность в Вашингтоне — мы управляем пятью метантенками оттуда до Орегона, а в 2010 году мы начали работать в Калифорнии и поняли, что существует большой рынок», — говорит [Дэрил] Маас. «Это крупнейший молочный штат в стране, но там не было особой отрасли. Его мучили разовые проекты, которые выполнялись год или два и закрывались, после запуска не было особой поддержки. После нашего опыта в Вашингтоне и Орегоне мы знали, что можем помочь фермерам в Калифорнии.”

Только в этом году Maas Energy Works ввела в эксплуатацию два новых проекта варочного котла и завершила реконструкцию существующего варочного котла, который ранее был остановлен. Запущенный в октябре проект варочного котла Verway-Hanford в закрытой лагуне в Хэнфорде, Калифорния, является крупнейшим варочным котлом на западном побережье. «В настоящее время установлен 1 МВт, но молочник планирует установить еще 2 МВт», — говорит Маас. «Сейчас мы производим больше топлива, чем можем сжечь, но включение этих двигателей в сеть занимает много времени.В любой момент времени они отключаются от сети или отправляют в нее электроэнергию, а также обнуляют свое потребление и заряды. Остальной газ сжигается прямо сейчас, но мы также будем получать электроэнергию от него, когда подключим другие генераторы ».

Проект закрытой лагуны Open Sky Ranch Dairy Digester, проект закрытой лагуны в Ривердейле, штат Калифорния, который был запущен в сентябре, имеет единственный двигатель мощностью 800 киловатт (кВт), который, по словам Мааса, «работает так сильно, как мы этого хотим прямо сейчас, но есть избыток газа. Если все пойдет хорошо, в этом году мы установим еще один двигатель мощностью 800 кВт.”

Двигатели Open Sky — это двигатели Dresser Rand от Guascor, но Маас говорит, что выбор поставщика двигателей остается на усмотрение фермера. «Мы не всегда используем [Dresser Rand], но это популярный движок», — объясняет он. «Мы также используем двигатели Caterpillar, и в одном из наших проектов в будущем может использоваться двигатель GE — мы рассматриваем их все. Хотя у нас есть пара варочных котлов в Калифорнии, большинство проектов, в которых мы участвуем, принадлежат молочникам — мы работаем на них и управляем проектом за них, — и каждый молочник принимает решения по-своему.”

По словам Мааса, выбор из множества уважаемых компаний часто сводится к стоимости. «Нам очень нравится Dresser Rand, это хорошо для работы и эффективно, с экономической точки зрения. Caterpillar — более дорогой мотор, но, как правило, служит дольше, то же самое и с GE ». Он подчеркивает, что Maas Energy Works не продает варочные котлы, оборудование или технологии. «Мы нейтральны в отношении технологий и можем нанять кого захотим», — говорит он. «Мы рекомендуем фермерам поставщиков и подрядчиков, но у большинства из них есть собственный опыт, который не является уникальным для варочного котла, например землеройной машины.Их можно нанять на месте, а мы указываем, как должна выполняться работа. То же самое с механическими работами, сваркой. По возможности мы стараемся связаться с местными продавцами сельхозтехники… это действительно важно. Когда вещи стареют, у вас должна быть долгосрочная поддержка, которая является достаточно эффективной с экономической точки зрения, и вам не нужно обращаться за помощью в другие часовые пояса ».

Маас говорит, что помимо вышеупомянутых проектов у компании в стадии строительства находятся еще два, которые будут введены в эксплуатацию в начале 2017 года: крытая лагуна, молочный завод Verwey-Madera в Мадере, Калифорния, и еще один в Киттсоне, Калифорния, а также несколько работают через разрешения и финансирование.«Здесь ведется активная деятельность, фермеры очень заинтересованы в технологиях», — добавляет Маас. «По нашему мнению, они просто ждали разработчиков, которым они доверяют, и технологий, которые, по их мнению, будут работать, потому что многие из них были сожжены в прошлом — проблемы с разрешениями, эксплуатацией и финансированием. У нас работает 11 варочных котлов, и у некоторых есть проблемы, но они продолжают работать, и в целом мы смогли показать, как работают эти установки ».

Вне ферм в Калифорнии и на западе реализуется множество различных биогазовых проектов.DMT Clear Gas Solutions, поставщик мембранной технологии разделения газов, работает над новой системой в Чино, Калифорния, вместе с ES Engineering. «Они используют варочный котел для твердых пищевых отходов — биогаз проходит через газовые турбины», — объясняет Роберт Лемс из DMT. «Начиная с марта, мы установим систему, которая потребляет около 50 стандартных кубических футов в минуту (scfm) этого газа и превращает его в сжатый природный газ (CNG) для небольшой местной станции CNG, которая в частном порядке используется для заправки автомобилей и грузовики », — говорит он.DMT также участвует в новых биогазовых проектах с Hawaii Gas, а также Carbon Cycle Energy (см. Северо-восток).

Лос-Анджелес Санитарно-техническое обеспечение и инженер / строитель. Проект когенерации очистных сооружений Hyperion компании Constellation Energy близится к завершению в Плайя-дель-Рей, Калифорния, со всем установленным основным оборудованием. Яйцевидный анаэробный варочный котел будет принимать муниципальные сточные воды, в конечном итоге производя до 6000 кубических футов в минуту биогаза, который будет использоваться для выработки 25 МВт электроэнергии и пара. Газ, производимый на очистных сооружениях (КОС), в настоящее время используется для выработки электроэнергии на близлежащей станции LADWP Scattergood, но установка нового поколения будет обеспечивать все технологическое тепло и электроэнергию, необходимые для КОС.

Южнее, Америско и город Феникс, штат Аризона, объединились для реализации проекта на городских очистных сооружениях. В соответствии с условиями проекта, объявленными в августе, Ameresco будет строить, владеть, эксплуатировать и обслуживать объект, который будет перерабатывать неочищенный биогаз в возобновляемый природный газ (RNG). «Ameresco будет поставлять ГСЧ в межгосударственный газопровод Kinder Morgan для передачи природного газа для продажи третьим сторонам, которые будут использовать его в качестве топлива для транспортировки», — объясняет Майкл Бакас, исполнительный вице-президент Ameresco.Ожидается, что проект размером 3250 стандартных кубических футов в минуту станет крупнейшим в своем роде в стране. В настоящее время ожидается, что проект будет введен в эксплуатацию к концу 2017 года.

Из 49 малых энергетических установок / солнечных фотоэлектрических установок, которыми владеет Ameresco, 24 являются установками для захоронения газа, а две — биогазовыми установками для сточных вод. По словам Бакаса, в отличие от типичных разработчиков проектов, Ameresco имеет все необходимое для завершения проекта, включая разработку, получение разрешений, инжиниринг, финансирование, строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание.«Это дает Ameresco конкурентное преимущество, позволяющее работать с нашими клиентами над разработкой комплексного проекта, направленного на достижение их целей, независимо от того, владеет ли Ameresco энергетическим активом или наш клиент. Точно так же, будучи независимыми от продукта и имея прочную дистрибьюторскую базу на многих рынках, мы можем объединять удаленные проекты на благо наших клиентов. Хорошим показателем этого является то, что мы представили в Интернете множество проектов, которые другие пытались реализовать, но не смогли реализовать ».

После завершения проекта по производству биогазовых топливных элементов в IKEA Emeryville, Калифорния, более года назад, розничный продавец товаров для дома IKEA запустил дополнительные проекты еще в четырех своих магазинах в Калифорнии, расширив свой портфель топливных элементов до 1.3 МВт с системой в Восточном Пало-Альто, Коста-Меса, Ковине и Сан-Диего). Последняя установка, с которой был заключен контракт с поставщиком топливных элементов Bloom Energy, была введена в эксплуатацию в середине января.

Средний Запад США
В кукурузном поясе в рамках проекта ГСЧ ADM совместно с компанией Ameren Illinois будут использоваться побочные продукты из системы очистки сточных вод завода по переработке кукурузы в Декейтере, штат Иллинойс. Этот проект позволит Ameren Illinois распределять ГСЧ с завода ADM по переработке кукурузы в межгосударственную трубопроводную систему вскоре после того, как Ameren недавно завершила строительство нового, стоимостью 5 долларов.3-миллионный газовый центр в Декейтере. Партнеры по проекту планируют завершить строительство в мае 2017 года.

Также в октябре в Иллинойсе на электростанции Orchard Hills возле Рокфорда был запущен проект по производству энергии из свалочного газа мощностью 16,3 МВт. Предприятие, оснащенное шестью двигателями 620 GE Jenbacher, принадлежит Hoosier Energy, которая использует внутреннюю энергию для снабжения своих участников. По словам Бакаса, подрядчик EPC Ameresco реализует проект для Hoosier. Этот проект знаменует собой третий действующий завод по производству свалочного газа в Хузиере после завода по производству свалочного газа Clark-Floyd мощностью 4 МВт в южной Индиане и завода по производству свалочного газа Ливингстона мощностью 15 МВт недалеко от Понтиака, штат Иллинойс.

Висконсин уже является домом для около трех дюжин на фермах, большинство из которых финансируется, по крайней мере частично, за счет государственных субсидий / льгот, и штат готовится профинансировать реестр новых проектов варочных котлов на сумму до 20 миллионов долларов, как сообщает Департамент Висконсина. Департамент сельскохозяйственной торговли и защиты потребителей объявил, что в январе опубликует запрос предложений по новым варочным котлам для коровьих отходов. С целью улучшения качества воды инициатива нацелена на бизнес-консорциумы и фермеров, заинтересованных в использовании технологии анаэробных варочных котлов для создания, эксплуатации и обслуживания системы.

И, возможно, один из самых заметных проектов по производству биогаза, производство топлива в котором начнется в 2016 году, в июле Roeslein Alternative Energy и Smithfield Hog Production добились производства ГСЧ на ферме Ракмана для доставки в национальный трубопровод из свиноводческих отходов стоимостью 120 миллионов долларов. энергетический проект недалеко от Олбани на севере штата Миссури. Проект, стартовавший в 2013 году, разбит на два этапа. Первый этап включает установку непроницаемых крышек и факельных систем на 88 отстойниках для навоза, расположенных на девяти свиноводческих фермах, две из которых в настоящее время производят ГСЧ, а второй этап включает установку оборудования для удаления примесей биогаза — технологию абсорбции при колебаниях давления, предоставленную Гильдией. Партнеры — для создания ГСЧ конвейерного качества.

В течение следующих нескольких лет вторая фаза будет продолжена строительством систем очистки биогаза и началом производства ГСЧ на оставшихся семи фермах, входящих в состав Smithfield.
Duke Energy в Северной Каролине согласилась приобрести одну треть из ГСЧ девяти ферм, чтобы удовлетворить потребности в чистой энергии для выработки электроэнергии с 10-летним контрактом, и RAE также продает газ на рынок автомобильного топлива с Element Markets. «Что касается остатка газа, который мы должны продать, автомобиль является целью из-за текущего рынка RIN (возобновляемых идентификационных номеров) — RIN D3 довольно привлекательны — но есть и другие рынки, на которые мы будем смотреть», — говорит Крис Роуч, директор РАЭ.«Прямо сейчас рынок электроэнергии для ГСЧ по-прежнему составляет примерно половину стоимости рынка RIN, поэтому для нас он вторичен».

RAE планирует дополнить сырье для свиного навоза биомассой, собранной с восстановленных лугов в прериях, для производства дополнительного ГСЧ, а также планирует надземную систему варки травы.
Дополнительные компании, участвующие в проекте, включают J-W Power Company, Martin Energy Group, French Gerleman, Polsinelli PC, Industrial & Environmental Concepts Inc., Power Solutions International и Cummins Engines.

Юго-восток США
Проекты по разработке и эксплуатации биогаза растут на юго-востоке США, от Вирджинии до южной оконечности Флориды. По данным ABC, в таких штатах, как Северная Каролина, Флорида и Джорджия, вместе взятых 177 действующих биогазовых проектов, с потенциалом реализации до 1300 дополнительных биогазовых проектов, исходя из предполагаемого количества доступного органического материала в штатах. Северная Каролина лидирует с 75 действующими объектами и потенциалом для колоссальных 899 новых проектов, в основном связанных с сельским хозяйством.Часть этого потенциала может быть отнесена к государственному стандарту портфеля возобновляемых источников энергии (RPS) штата Северная Каролина и Закону о политике в области окружающей среды Северной Каролины.

Есть также возможности государственного финансирования. Например, государственные налоговые льготы для проектов альтернативной зеленой энергии помогли реализовать проекты Blue Sphere в Шарлотте, Северная Каролина и Джонстон, Род-Айленд, где они находятся сегодня, говорит генеральный директор Blue Sphere Шломи Палас. Компания привлекла итальянскую компанию Austep S.p.A. в качестве поставщика технологий и подрядчика по проектированию, снабжению и строительству (EPC) для этих U.С.-основанные проекты.

В Шарлотте к сети подключена биогазовая установка на пищевых отходах мощностью около 27 миллионов долларов США и мощностью 5,2 МВт, и все три генератора работают с середины ноября. Электроэнергия, произведенная на этом объекте, будет продаваться Duke Energy в рамках 15-летнего договора купли-продажи электроэнергии (PPA).
По словам Паласа, по состоянию на январь на объекте ведутся непрерывные работы. «Для окончательного завершения потребуется примерно три-четыре месяца», — говорит он.

В то время как проект Blue Sphere находится в процессе выхода на полную мощность, примерно в трех с половиной часах езды в округе Дуплин, Северная Каролина, недалеко от Варшавы, компания Carbon Cycle Energy LLC (C2e) в декабре начала работу на свином проект преобразования отходов в ГСЧ, получивший название C2e Renewables NC.C2e ожидает, что завод станет крупнейшим автономным биогазовым комплексом в США. «Быть ​​первым, кто разработал проект по производству биогаза такого масштаба, было связано с множеством проблем», — сказал представитель компании, добавив, что согласование множества движущихся частей вовлечение в успешное получение финансирования для проекта такого масштаба временами было весьма значительным.

Помимо свиного навоза, предприятие стоимостью 100 миллионов долларов будет использовать в качестве субстратов промышленные отходы пищевой промышленности.«Округ Дуплин был выбран из-за большой концентрации свиноводческих ферм, мясных и пищевых предприятий, а также близости к газопроводу», — сказал представитель компании. «Это область, которая выиграет от улучшенной утилизации органических отходов для минимизации запахов, а также от снижения загрязнения воды».

Ожидается, что завод будет утилизировать более 750 000 тонн органических отходов в год и на полную мощность будет производить 6500 декатерм ГСГ в день, что достаточно для выработки 290 000 мегаватт-часов (МВтч) электроэнергии.Сырой биогаз будет модернизироваться на месте с использованием запатентованной DMT Environmental Technologies конструкции газоочистной установки, разработанной специально для этого объекта. Оттуда газ будет закачиваться непосредственно в систему газопровода.

Duke Energy является заказчиком ГСЧ по 15-летнему контракту на использование на четырех своих электростанциях. Другой неназванный заказчик биогаза будет покупать биогаз и также преобразовывать ГСЧ в электричество.

C2e имеет долгосрочные контракты как на поставку сырья биомассы, так и на продажу биогаза.«Помимо помощи Duke Energy в выполнении требований RPS в Северной Каролине, мы также помогаем нашим поставщикам выполнять различные собственные экологические требования», — заявил представитель C2e.
Swinerton Builders выступает в качестве EPC-подрядчика проекта. Очистка площадки началась сразу после прорыва земли 11 декабря, и ожидается, что добыча газа будет вестись в четвертом квартале этого года.

Помимо крупного проекта C2e по свиноводству, Duke Energy завершила в 2016 году вторую сделку по закупке уловленного метана, полученного из свиноводческих отходов, на проекте в Кенансвилле, Северная Каролина.Этот запланированный проект будет построен в центре свиноводства Smithfield Food и с помощью ряда варочных котлов, построенных ООО «Оптима КВ», будет производить около 80 000 млн БТЕ уловленного метана трубопроводного качества в год, что должно давать около 11 000 МВт · ч возобновляемой энергии. для двух электростанций Duke Energy ежегодно.

В 2015 году за пределами Северной Каролины к 23 действующим системам сжигания свалочного газа (LFG) в Джорджии присоединились по крайней мере три предприятия по переработке свалочного газа в энергию (LFGTE) в 2016 году.Republic Services Inc. и Mas Energy LLC работали вместе, чтобы разместить эти объекты на трех полигонах вокруг метро Атланта, недалеко от Буфорда, Гриффина и Уиндера. «Mas Energy решила строить проекты в выбранных местах, потому что мы получили PPA с экономически рентабельной прибылью, поддержкой со стороны местного сообщества, и у нас были давние положительные отношения с Republic», — говорит Майкл Холл, директор по развитию компании Mas. Энергия.

Технический директор Republic Services Брайан Марц говорит, что они решили продолжить проекты из-за «возможности выгодно использовать свалочный газ одновременно на трех объектах на одном рынке с надежными и уважаемыми прямыми и косвенными партнерами.”

Строительство было завершено в период с января 2015 года по март 2016 года, и все объекты были завершены к маю и введены в эксплуатацию к сентябрю. По словам Холла, станции работают хорошо и могут утилизировать весь газ, поставляемый Республикой. В совокупности эти объекты способны производить 24,1 МВт электроэнергии для Georgia Power в рамках 20-летнего PPA. «Эти проекты помогают удовлетворить инициативы Республики по выгодному повторному использованию свалочного газа и инициативы Georgia Power по приобретению возобновляемой энергии», — говорит Марц.

Republic проектирует и устанавливает обширную и сложную сеть скважин, трубопроводов, насосов и воздуходувок, которые создают определенный вакуум для бережного извлечения образующегося газа со свалки, объясняет Марц, без создания неблагоприятных условий для процесса анаэробного разложения.

Каждый сайт имеет одинаковый базовый дизайн. По словам Холла, в проектах используются блоки Unison для сжатия и осушения газа, системы Willexa для удаления силоксана, 11 двигателей GE Jenbacher (модели J 616) для выработки электроэнергии, а также Miratech CO Catalyst и SCR для удаления монооксида углерода и оксидов азота.«Преимущества стандартной конструкции включают сменные запасные части, знакомство с операциями на стройплощадке между каждым оператором и простоту обучения новых сотрудников», — говорит Холл. «Мы также смогли использовать оптовые цены для снижения общих затрат по проекту».

Активы принадлежат Cube District Energy LLC, портфельной компании I Squared Capital. Mas Energy обеспечивает операции и управление активами в дополнение к своей ответственности за повседневные операции с активами.Nixon Energy Services, дистрибьютор GE Jenbacher, обеспечивает ежедневную эксплуатацию и все услуги по техническому обслуживанию. Компания Crowder Construction Co. также была вовлеченным партнером в этих проектах в качестве подрядчика по проектированию / строительству. По словам Марца, благодаря этим проектам общее количество действующих проектов свалочного газа увеличилось до 71. Он говорит, что у Republic есть цель устойчивого развития — развивать как минимум два проекта свалочного газа в год до 2018 года.

Еще один проект свалочного газа на свалке округа Ориндж во Флориде объявил о планах удвоить его размер до номинальной пропускной способности 8000 стандартных кубических футов в минуту в 2016 году.Компания SCS Engineers была нанята Комиссией по коммунальным предприятиям Орландо для удвоения мощности, а очищенный свалочный газ поступает по трубопроводу в Stanton Energy Center и нагревается на угольной электростанции. По данным ABC, к концу 2015 года во Флориде было 63 действующих биогазовых проекта с потенциалом еще 230.

Северо-восток США
Северо-восточный регион США считается самым экономически развитым, густонаселенным и культурно разнообразным регионом страны, простираясь от северной оконечности юго-запада штата Мэн до Пенсильвании.Население региона стало движущим фактором, побудившим ряд штатов ввести законодательство по контролю за отходами, особенно на крупных предприятиях по производству и сборщиках отходов, таких как свалки, супермаркеты и фермы. Согласно данным ABC за август 2015 года, в Коннектикуте, Массачусетсе, Нью-Джерси, Нью-Йорке,

Пенсильвании, Род-Айленде и Вермонте в общей сложности насчитывается 542 биогазовых завода с потенциалом для более 1000 дополнительных биогазовых установок в зависимости от количества доступного органического материала.Из группы лидируют Нью-Йорк и Пенсильвания с 216 и 173 действующими биогазовыми установками, соответственно, и потенциалом для более 300 дополнительных заводов в каждом штате.

В течение 2016 года было реализовано множество проектов по биогазу. В середине апреля Stop & Shop Supermarket Co. LLC отпраздновала открытие своего предприятия во Фритауне, штат Массачусетс, которое будет перерабатывать около 34000 тонн несъедобных продуктов питания из всех 212 магазинов Stop & Shop Новой Англии в год, которые невозможно перерабатывать. проданы или переданы в дар региональным продовольственным банкам или местным фермам в 1.25 МВт электроэнергии. В июле анаэробный варочный котел (AD) Технического колледжа Вермонта под названием «Большая Берта» начал работать на полную мощность, преобразовав 16 000 галлонов коровьего навоза и органических веществ с ферм Вермонта и отходов пивоварения от Alchemist and Long Trail Brewing Co. в 8 800 кВтч электроэнергии. электричество посуточно. В следующем месяце American Organic Energy укрепила свою основную команду инженеров для строительства завода AD на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк. Louis Perry Group, компания CDM Smith Co., совместно с GE Power & Water, Eggersmann Group из Германии и Green Arrow Engineering внесут свой вклад в проект.После ввода в эксплуатацию предприятие будет перерабатывать пищевые отходы для производства автомобильного топлива, электричества, компоста и чистой воды.

Как уже отмечалось, предприятие Blue Sphere в Шарлотте начало работу, а его завод в Джонстоне, Род-Айленд, близится к завершению. Дочерняя компания Austep Group в США, Auspark LLC, в качестве подрядчика EPC, проходит этапы, необходимые для вывода объекта Johnston мощностью 3,2 МВт на этап испытаний и ввода в эксплуатацию, согласно ноябрьскому обновлению проекта компании. Объект стоимостью около 19 миллионов долларов будет продавать свою электроэнергию National Grid через 15-летний PPA после завершения.

Огайо имеет стандарт RPS, в котором будет участвовать объект LFGTE Rumpke Waste & Recycling and Energy Developments (EDL) на полигоне в округе Браун в Румпке. Американская муниципальная власть Огайо. Свалочный газ подается на поршневые двигатели Caterpillar 3520, каждый из которых может производить 1,6 МВт электроэнергии. По словам Денниса Боллинджера, вице-президента по коммерческим и регуляторным вопросам EDL, место для проекта было выбрано по ряду причин.Он говорит, что свалка была способна поддерживать генерирующие мощности, которые EDL необходимо было установить, чтобы соответствовать минимальным пороговым значениям, а Огайо является сильным центром развития энергетики компании. «Он берет ресурс, который в противном случае тратится впустую, и использует его с пользой», — говорит Боллинджер. «Если бы нас там не было, газ просто продолжал бы сжигать, и это не имело бы никакой ценности». Ожидается, что проект будет сдан в эксплуатацию к апрелю.

К концу 2015 года Коннектикут поддерживал только 14 действующих биогазовых систем, 10 из которых находились на очистных сооружениях, но штат может увеличить это число в четыре раза.Quantum Biopower — одна из компаний, которая помогает штату реализовать свой потенциал с помощью первой в штате системы AD для пищевых отходов из шести возможных оценок ABC, которые могут быть построены на основе имеющихся государственных ресурсов. Quantum решила построить свой варочный котел на 60 акрах земли в Саутингтоне, в одном из трех мест, где ее дочерняя компания Supreme Forest Products занимается переработкой зеленых отходов; сбор кустов, пней, листьев и переработка их в пригодные для продажи продукты, такие как мульча, компост и почва. «С учетом требований к переброске продуктов питания и близости к основным автомагистралям Саутингтон идеально расположен в центре Коннектикута.Кроме того, нас с распростертыми объятиями встретили жители Саутингтона, и мы с гордостью называем его своим домом, — говорит Брайан Паганини, вице-президент и управляющий директор Quantum Biopower.

По словам Паганини, у президента Quantum много лет назад было видение создания компостных смесей, содержащих органические питательные вещества. Он был готов оказать финансовую поддержку проекту, так как рассматривал пищеварение как способ ускорить процесс компостирования и создать уникальные органические компостные смеси из остаточных материалов.Основываясь на этом видении, этот проект стоимостью 14 миллионов долларов был обусловлен рядом факторов, в том числе успешными лоббистскими усилиями. «Мы очень много работали с комитетами по окружающей среде и энергетике в законодательном собрании штата, чтобы поддержать программы, ведущие к развитию варочного котла», — делится Паганини. Особо следует отметить, добавляет он, Quantum тесно сотрудничал с высокопоставленными членами комитета по окружающей среде генеральной ассамблеи, чтобы поддержать принятие программы Virtual Net Metering в Коннектикуте. Коннектикут был тринадцатым штатом, принявшим программу, которая позволила Quantum подписать 20-летний PPA с городом Саутингтон на энергоснабжение пяти своих правительственных зданий.Не говоря уже о том, что Министерство энергетики и охраны окружающей среды выступило партнером проекта, работая с Quantum, чтобы разрешить строительство этого первого объекта. «Мы продолжим сотрудничать с ними, чтобы помочь разработать стандарты управления дигестатами в Коннектикуте и помочь им в оформлении сертификатов оператора для операций по переработке в штате», — говорит Паганини.

Quantum смогла преодолеть препятствия, связанные с получением разрешений, технологией, применением, строительством и отбором энергии, чтобы в этом году вывести свой первый объект на начальные стадии запуска и эксплуатации.При полном запуске завод будет принимать 40 000 тонн пищевых отходов в год — около 150 тонн в день — через варочный котел с низким содержанием твердых частиц. В системе AD используется двухэтапный процесс, а также процесс восстановления и удаления питательных веществ, что позволяет компании принимать широкий спектр пищевых отходов; упакованные, загрязненные, чистые пищевые отходы, органические потоки, отделенные от источника жидкости, и т. д. Среди клиентов, отправляющих отходы на завод, — Shop Rite, Aqua Turf, Farmington Club и Bozzuto’s, один из крупнейших частных дистрибьюторов продуктов питания в регионе.Паганини говорит, что было две причины, по которым компания уделяла большое внимание предварительной обработке органических веществ в процессе технологической экспертизы проекта. Во-первых, как торговое предприятие — первое в Коннектикуте — Quantum хотела создать гибкое сырье, чтобы предложить клиентам комплексное решение. Во-вторых, Quantum искал процесс, который удалял бы большую часть неорганического материала перед перевариванием, чтобы его последующий дигестат не содержал загрязняющих веществ. «Это гарантирует, что при производстве компоста мы ограничиваем количество загрязняющих материалов», — говорит Паганини.В рамках проекта будет производиться примерно 8000 тонн в год богатой питательными веществами органической компостной смеси, и компания планирует использовать существующие рыночные каналы для продвижения на рынок высококачественного компостного продукта для удовлетворения потребностей растущего движения органического компоста. , по словам Паганини.

Мощность электростанции составляет 1,2 МВт, что эквивалентно потреблению электроэнергии примерно 750 домами в течение одного года. Однако эта разрешенная мощность может быть проблемой для Quantum, двигающейся вперед, поскольку Паганини отмечает, что они быстро заполняют свои возможности.Компания рассматривает второй этап плана по расширению территории предприятия, чтобы избежать каких-либо проблем в будущем, которые могут возникнуть из-за ограничения мощности.

Этот проект обеспечивает критическую инфраструктуру для соблюдения государственного продовольственного мандата, утверждает Паганини, что означает, что если крупный производитель продуктов питания (более 2 тонн в неделю или 104 тонны в год) находится в пределах 20 миль от предприятия Quantum, то они уполномочены убирать пищевые отходы из своего потока отходов. Кроме того, Коннектикут ставит цель к 2024 году сократить, повторно использовать и перерабатывать 60 процентов образующихся отходов.В настоящее время штат отклоняет 32 процента отходов, и, согласно отчету штата о характеристиках отходов за 2015 год, пищевые отходы составляют самую большую часть потока отходов Коннектикута (20 процентов, или 500 000 тонн) и меньше всего перерабатываются.

Строительство биогазовой установки заняло восемь месяцев, и Quantum извлекла выгоду из строительного опыта в своей группе компаний, чтобы построить ее, зная, что это будет одна из многих будущих. По словам Паганини, Quantum в настоящее время рассматривает пять проектов на восточном побережье для дальнейшего развития.«Нам больше не нужно смотреть на успехи наших европейских коллег, потому что реальный рост биогазовой промышленности происходит здесь, в США», — говорит Паганини. «По мере того, как все больше штатов реализуют программы по перераспределению пищевых продуктов и признают метан в качестве возобновляемого источника энергии при базовой нагрузке, взлетно-посадочная полоса становится длиннее и более четко обозначенной для будущего роста проекта. Это прекрасное время для того, чтобы стать частью такой захватывающей индустрии, поскольку она формируется прямо у нас на глазах ».

Автор: Анна Симет
Ответственный редактор журнала «Биомасса»
asimet @ bbiinternational.com
701-738-4961

Кэти Флетчер
Заместитель редактора журнала Biomass Magazine
701-738-4920
[email protected]

Биогаз | ТЭЦ | Когенерация

Что такое биогаз?

Биогаз — это возобновляемый газ, производимый анаэробными микроорганизмами. Эти микробы питаются углеводами и жирами, производя метан и углекислый газ в качестве продуктов метаболизма. Человек может использовать этот газ в качестве источника устойчивой энергии.

Биогаз является возобновляемым топливом, поскольку он происходит из органического материала, который был создан из атмосферного углерода растениями, выращенными в последние вегетационные сезоны, и является частью краткосрочного углеродного цикла.

Преимущества анаэробного сбраживания и биогаза

  • Производство возобновляемой энергии за счет комбинированного производства тепла и электроэнергии
  • Удаление проблемных отходов
  • Вывоз мусора со свалки
  • Производство низкоуглеродистых удобрений
  • Предотвращение утечки свалочного газа и сокращение выбросов углерода

Образование биогаза

Создание биогаза также называют биометанированием. Биологически полученные газы производятся в виде продуктов метаболизма двух групп микроорганизмов, называемых бактериями и архей , .Эти микроорганизмы питаются углеводами, жирами и белками, а затем посредством сложной серии реакций, включая гидролиз, ацетогенез, ацидогенез и метаногенез, производят биогаз, состоящий в основном из диоксида углерода и метана.

Завод анаэробного сбраживания / биогаза 3D Модель

Состав биогаза

Биогаз состоит в основном из метана (источник энергии в топливе) и двуокиси углерода. Он также может содержать небольшое количество азота или водорода.Загрязняющие вещества в биогазе могут включать серу или силоксаны, но это будет зависеть от сырья для варочного котла.

Относительное процентное содержание метана и углекислого газа в биогазе зависит от нескольких факторов, включая:

  • Соотношение углеводов, белков и жиров в исходном сырье
  • Коэффициент разбавления в варочном котле (углекислый газ может поглощаться водой)

Анаэробное сбраживание

Анаэробное сбраживание — это искусственный процесс анаэробного сбраживания отходов и других биоразлагаемых материалов.Анаэробные микробы можно использовать для обработки проблемных отходов, производства удобрений, которые можно использовать для замены химических удобрений с высоким уровнем выбросов углерода. Это также процесс, который приводит к производству биогаза, который можно использовать для производства возобновляемой энергии с использованием систем когенерации биогаза.

Анаэробное расщепление может происходить при мезофильных (35-45˚C) или термофильных температурах (50-60˚C). Оба типа пищеварения обычно требуют дополнительных источников тепла для достижения оптимальной температуры.Это тепло обычно вырабатывается биогазовой когенерационной установкой, работающей на биогазе и производящей как электроэнергию, так и тепло для этого процесса.

Часто биогазовые установки, которые перерабатывают отходы животного происхождения, также требуют обработки материала при высокой температуре для устранения любых болезнетворных бактерий в навозной жиже. Эти системы пастеризуют суспензию, обычно при 90 ° C в течение одного часа, чтобы уничтожить патогенные микроорганизмы и получить чистые высококачественные удобрения.

Биогазовые двигатели

Биогазовые двигатели

Jenbacher специально разработаны для работы на различных типах биогаза.Эти газовые двигатели связаны с генератором переменного тока, чтобы производить электричество с высоким КПД. Высокоэффективное производство электроэнергии позволяет конечному пользователю максимизировать электрическую мощность биогаза и, следовательно, оптимизировать экономические показатели установки для анаэробного сбраживания.

Электрическая мощность биогазового двигателя

Существует 4 «типа» газовых двигателей Jenbacher с разными уровнями выходной мощности и характеристиками электрического / теплового КПД.

Биогазовая ТЭЦ

Биологически полученные газы могут использоваться в биогазовых двигателях для выработки возобновляемой энергии посредством когенерации в форме электричества и тепла.Электричество можно использовать для питания окружающего оборудования или экспортировать в национальную сеть.

Низкопотенциальное тепло от контуров охлаждения газового двигателя, обычно в виде горячей воды при подаче / возврате 70/90 ° C. Для установок по анаэробному сбраживанию, использующих двигатель ТЭЦ, существует два основных типа тепла:

  • Высококачественное тепло выхлопных газов двигателя (обычно ~ 450 ° C)

Низкопотенциальное тепло обычно используется для нагрева резервуаров метантенка до оптимальной температуры для биологической системы.Мезофильные анаэробные варочные котлы обычно работают при температуре 35-40 ° C. Термофильные анаэробные варочные котлы обычно работают при более высокой температуре в диапазоне 49-60 ° C и, следовательно, имеют более высокие требования к нагреву.

Подробнее об эффективности биогазовых ТЭЦ можно узнать здесь.

Высокотемпературное тепло выхлопных газов можно использовать непосредственно в сушилке или котле-утилизаторе. В качестве альтернативы его можно преобразовать в горячую воду с помощью кожухотрубного теплообменника выхлопных газов для дополнения тепла от систем охлаждения двигателя.

Котлы-утилизаторы обычно производят пар под давлением 8-15 бар. Осушители могут быть полезны для снижения содержания влаги в дигестате, чтобы помочь снизить транспортные расходы.

В случае, если местное законодательство требует уничтожения патогенов в дигестате (например, Европейские правила по побочным продуктам животного происхождения), может потребоваться термическая обработка отходов путем пастеризации или стерилизации. Здесь избыточное тепло от газового двигателя можно использовать в установке пастеризации.

Тепло от двигателя ТЭЦ может также использоваться для привода абсорбционного чиллера в качестве источника охлаждения, превращая систему в тригенерационную установку.

Минимальный расход

Минимальный расход газа для работы самого маленького биогазового двигателя Jenbacher при полной нагрузке (J208 @ 249 кВт, e ) составляет 127 Нм 3 / час при 50% метана.

Приложения

Различные секторы, в которых используется технология анаэробного сбраживания, имеют разные характеристики.

Бизнес-пример сектора биогазовых технологий

Различные биогазовые отрасли имеют разные характеристики бизнес-модели. Они кратко изложены в таблице ниже.

Потенциальные загрязнители

Биологически полученные газы могут содержать загрязнители или примеси, включая воду, сероводород и силоксаны. Пожалуйста, обсудите ваши ожидания по качеству газа с местным офисом Clarke Energy. В технических инструкциях мы приводим конкретные рекомендации по качеству топливного газа.

Вода

Биологические газы содержат водяной пар из-за природы сырья, из которого они производятся. Количество воды зависит от температуры биологического газа и способа производства. Выше определенных пределов влажность биогаза становится проблемой для газовых двигателей.

Удалить воду из газа можно с помощью:

Сероводород

Сероводород (H 2 S) образуется как побочный продукт процесса анаэробного сбраживания сырья с высоким содержанием серы, такого как аминокислоты и белки.При сжигании в газовом двигателе сероводород может конденсироваться с водой с образованием серной кислоты. Серная кислота вызывает коррозию элементов газовых двигателей, поэтому ее следует ограничивать, чтобы предотвратить неблагоприятное воздействие на двигатель ТЭЦ.

Процессы удаления сероводорода включают

  • Фильтры с активированным углем
  • Дозирование низкого уровня кислорода в свободном пространстве варочного котла (обычно <1%)
  • Внешние башни биологического скруббера
  • Дозирование хлористого железа в метантенк

Силоксаны

В некоторых случаях биогаз содержит силоксаны.Силоксаны образуются в результате анаэробного разложения материалов, обычно содержащихся в мыле и моющих средствах. В процессе сгорания газа, содержащего силоксаны, выделяется кремний, который может соединяться со свободным кислородом или другими элементами в газе сгорания. Образуются отложения, содержащие в основном кремнезем (SiO 2 ) или силикаты (Si x O y ). Эти белые минеральные отложения накапливаются и должны быть удалены химическими или механическими средствами.

Силоксаны часто вызывают проблемы на заводах по переработке свалочного газа и сточных вод из-за загрязнения, которое часто связывают с органическими отходами.

На биодеградируемых отходах и сельскохозяйственных биогазовых установках с разделением по источникам гораздо реже встречаются проблемы, связанные с силоксанами.

Внешние ссылки

границ | Децентрализованная биогазовая технология анаэробного сбраживания и экосистемы фермы: возможности и проблемы

Введение

Энергия биогаза может внести важный вклад в защиту климата и сохранение ресурсов, независимо от того, используются ли в качестве сырья отходы или специально выращенные культуры.Существует множество технологий биомассы и биоэнергетики (Chung, 2013, 2014; Tonini et al., 2013). Производство биогаза с использованием анаэробного сбраживания (AD) — одна из наиболее перспективных технологий в портфеле биоэнергетики. Биогаз AD можно производить практически из всех видов органических материалов и отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности.

Великобритания производит около 30 миллионов сухих тонн этих отходов в год, что позволяет производить около 6,3 миллиона тонн нефтяного эквивалента метана (CH 4 ) газа (NSCA, 2006).Было подсчитано, что непосредственно потребляется только 68% веса курицы, 62% свиньи, 54% крупного рогатого скота и 52% овцы или козы (Swisher, 2006). Это означает, что ежегодно от 34 до 44% веса скота составляют отходы (во всем мире производятся миллионы тонн побочных продуктов животного происхождения). В Канаде энергетический потенциал пяти источников биогазовой энергии (сельскохозяйственный, свалочный газ, муниципальные / бытовые органические вещества, органические органические вещества из коммерческих источников и остаточные сточные воды) оценивается в 810 МВт или 2420 млн. М3 3 возобновляемого природного газа в год. в котором доля сельского хозяйства составляет 68% (550 МВт или 1650 млн. м3 3 / год) (Биогазовая ассоциация, 2013 г.).Производство навоза в Канаде увеличилось на 16% (примерно 25 миллионов тонн) со 156 миллионов тонн в 1981 году до 181 миллиона тонн в 2006 году (Hofmann, 2006). Поголовье крупного рогатого скота в Канаде на 1 января 2012 г. увеличилось на 12,5 млн голов, что на 0,5% больше, чем за тот же период годом ранее; первое увеличение за 7 лет по сравнению с аналогичным периодом прошлого года (Статистическое управление Канады, 2012 г.). По оценкам, потенциальное извлечение биогаза для 8200 молочных и свиноводческих хозяйств США составляет более 13 миллионов мегаватт-часов (МВтч) в год, заменяя около 1670 МВт выработки, работающей на ископаемом топливе (EPA, 2012).

Скорость производства биогаза зависит от скорости удаления растворимого химического кислорода (sCOD) и температуры, которая также связана с сухим веществом (DM) или органическим сухим веществом (ODM) исходного материала. В кале человека органическое вещество составляет до 86% СВ. В зависимости от типа варочного котла, времени удерживания и способности к биологическому разложению около 40–90% органического вещества может быть преобразовано в биогаз (Mang and Li, 2010). Таким образом, существуют богатые ресурсы отходов для производства биогаза AD без конкуренции землепользования с производством пищевых культур.Эти значительные ресурсы сырья доступны для производства биогаза во всем мире, что позволяет нам решать проблему отходов и обеспечивать источник возобновляемой энергии.

Существуют две основные биогазовые технологии: централизованная и децентрализованная установка. Централизованная биогазовая установка большого размера для обработки отходов и биомассы. Эта технология имеет преимущества из-за ее большого масштаба. Отходы можно предварительно обработать, процессы можно отрегулировать, а операторов можно обучить. Однако из-за низкой плотности энергии биомассы и отходов существует проблема централизованной биогазовой установки для производства энергии большого размера, для которой необходимо транспортировать и хранить огромное сырье.Сеть поставок сырья нуждается в гарантии по долгосрочным контрактам. Таким образом, производство энергии с использованием AD может быть затратным, за исключением тех участков, где есть местное сырье, таких как животноводческие фермы. Huopana et al. (2013) исследовали устойчивое производство электроэнергии из биогаза в финской провинции. Они показали, что потенциал производства биогаза незначителен по сравнению с биоразлагаемыми отходами потребления энергии (например, транспорт). Навоз следует рассматривать как сырье для управления отходами, а не как сырье для производства биогаза из-за отрицательного вклада в чистый энергетический баланс между производством биогаза и потреблением энергии при транспортировке навоза.В Великобритании оценка жизненного цикла биогазовой инфраструктуры была проведена Patterson et al. (2011) для централизованных и децентрализованных вариантов в региональном масштабе. Утилизация тепла на 80% оказала наименьшее воздействие на окружающую среду, за ней следует использование транспортного топлива. Разница в 32% в транспортировке между централизованными и децентрализованными вариантами оказывала относительно небольшое влияние на общее воздействие на окружающую среду. Для обработки осадка сточных вод AD имеет преимущество для основных целей разложения и разрушения органического сырья с последующей стабилизацией осадка и уменьшением количества патогенов, поскольку подача осадка сточных вод стабильна (Aiyuk et al., 2006; Tomei et al., 2009; Abe et al., 2011). Децентрализованная биогазовая установка имеет небольшие размеры, что может быть более привлекательным, поскольку сырье для небольших хозяйств доступно на определенном расстоянии. Это очень подходит для небольшой фермы, где нет ключевой проблемы с транспортировкой и хранением. Таким образом, децентрализованная установка производства биогаза AD имеет явные преимущества на островах, фермах и даже в сельской местности на материке — вдали от источников энергии, где расходы на транспортировку энергии (электричество, газ, дизельное топливо, пропан) лучше потратить. строительство небольших местных заводов по производству энергии для их компенсации.

Хорошо известно, что фермеры обычно использовали навоз в дополнение к хорошей программе плодородия, поскольку он богат азотом (N) и фосфором (P), которые являются важными питательными веществами для роста сельскохозяйственных культур. Навоз также является источником органических веществ и может увеличивать пористость почвы, что может помочь улучшить водоудерживающую способность почвы и уменьшить эрозию почвы. Тем не менее, навоз также может стать источником загрязнения, ведущего к воздействию на окружающую среду и здоровье человека (Petersen et al., 2007). Например, бактерии, обнаруженные в навозе, были обнаружены как в муниципальных, так и в частных системах питьевого водоснабжения (Hofmann and Beaulieu, 2001).Чрезмерное накопление фосфорсодержащих питательных веществ на сельскохозяйственных угодьях, где с течением времени вносится слишком много навоза, также является проблемой защиты водосборов (Правительство Манитобы, 2014). Повышенная концентрация фосфора и других питательных веществ в поверхностных водах называется эвтрофикацией. Эвтрофикация — широко распространенная проблема для водных организмов в реках и озерах из-за роста и цветения водорослей. Цветение некоторых водорослей может выделять токсины до опасного уровня в поверхностные воды для диких животных, домашнего скота и людей, если они пьют воду.Навоз также может быть источником неприятного запаха. Сегодня основной проблемой в области обращения с навозом является явный объем и риски для здоровья, связанные с необработанным навозом, поскольку все большее внимание уделяется обращению с навозом для защиты качества воды и необходимости безопасного удаления этого ресурса по мере его накопления. Кроме того, из-за роста цен на коммерческие удобрения и спроса на органические продукты возобновился интерес к максимальному увеличению отдачи органических удобрений. Представьте, что если бы патоген, бактерии и запах могли быть удалены из навоза домашнего скота, оставшиеся твердые частицы или жидкость преобразовывались в свободный от патогенов дигестат в качестве удобрения (Johansen et al., 2013). Энергия биогаза представляет собой не только возможности для фермеров, которые могут повысить ценность своих сельскохозяйственных отходов (навоза и растительных остатков) за счет производства биогаза и дигестата, используемого в качестве удобрения, но также выгодно для изменения климата за счет сокращения выбросов парниковых газов и запахов. Таким образом, биогаз может предложить более чистые и более эффективные альтернативы ископаемым источникам энергии для удовлетворения нашего спроса на тепло и электроэнергию, и он станет важной частью всеобъемлющего и сбалансированного технологического портфеля, необходимого для решения двух наиболее важных проблем производства продуктов питания — в значительной степени. сокращение выбросов углерода и запаха и обеспечение органических продуктов питания (Zheng et al., 2010).

Экосистема зеленой фермы — это интегрированная система биогазовой установки AD для обработки отходов и переваривания органических удобрений для роста сельскохозяйственных культур (рис. 1). Производство биогаза AD играет ключевую роль в такой экосистеме фермы. При производстве биогаза AD отходы биомассы загружаются в герметичный резервуар, называемый варочным котлом, где биомасса нагревается и перемешивается. В отсутствие кислорода анаэробные микроорганизмы потребляют биомассу для размножения и производства биогаза. AD улавливает CH 4 и диоксид углерода (CO 2 ) из навоза и побочных продуктов питания, сокращая выбросы парниковых газов (ПГ) при управлении питательными веществами в сельском хозяйстве.Побочные продукты из варочного котла известны как дигестат. Обработка AD может снизить уровень патогенных микроорганизмов, бактерий и запахов в неочищенном навозе и пищевых отходах до 99%. Schievano et al. (2011) выполнили полевой расчет баланса массы, углерода и питательных веществ на полномасштабных заводах для улучшения показателей AD и оценки эффективности. Дигестат AD богат питательными веществами, которые потенциально могут быть повторно использованы в качестве зеленых удобрений на фермах, обеспечивая тем самым устойчивую замену синтетическим удобрениям (Wang et al., 2011; Vaneeckhaute et al., 2013) и повторное использование питательных веществ для растениеводства, чтобы компенсировать использование синтетических удобрений. Searchinger et al. (2008) подтвердили ценность AD с использованием отходов. Животноводы могут решать вопросы управления отходами и избегать загрязнения поверхностных и грунтовых вод, а также выбросов запахов, аммиака и парниковых газов. Короче говоря, производство биогаза — это многосторонний вариант для текущей стратегии в области энергетики, изменения климата, воды и продовольственной безопасности в передовом управлении фермой.

Рисунок 1. Схема экосистемы фермы с производством биогаза AD .

Анаэробное пищеварение

Существует множество публикаций о принципах и процессах AD, которые рассматриваются как зрелые технологии при развертывании AD. Прежде всего, давайте вернемся к основным факторам процессов AD при использовании этих зрелых технологий.

Процессы анаэробного пищеварения

Анаэробное сбраживание — это совокупность процессов, с помощью которых микроорганизмы расщепляют биоразлагаемый материал в отсутствие кислорода.Существует три основных процесса БА: психрофильный, мезофильный и термофильный (Bisschops et al., 2009), которые происходят в разных температурных диапазонах. Психрофильное пищеварение — это низкотемпературные (<20 ° C) процессы. Мезофильное пищеварение происходит при температуре от 20 до 45 ° C, что может занять месяц или два, а термофильное пищеварение - при температуре от 45 до 65 ° C, что быстрее, но его микроорганизмы более чувствительны. Процессы AD включают четыре этапа (Demirbas and Balat, 2009): гидролиз, ферментация, ацетогенез и метаногенез, как показано на рисунке 2.На стадии гидролиза сырье в виде нерастворимых крупных полимеров расщепляется ферментами на растворимые субстраты (например, сахар и аминокислоты). Наиболее важны ферментации мономерных продуктов, при которых сахар, аминокислоты и жирные кислоты превращаются в аммиак, органические кислоты, водород (H 2 ) и CO 2 . Летучие жирные кислоты также производятся вместе с CO 2 и H 2 . На стадии ацетогенеза летучие жирные кислоты расщепляются на уксусные кислоты, CO 2 и H 2 .Наконец, на стадии метаногенеза ацетат, формальдегид и H 2 преобразуются в CH 4 и воду. Таким образом, AD потребляет углерод из отходов для производства биогаза (CH 4 , H 2 и CO 2 ) и дигестата.

Рис. 2. Четыре этапа процессов анаэробного пищеварения .

Рабочие условия анаэробного пищеварения

На рисунке 2 показано множество продуктов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в процессе разложения исходного сырья до конечного продукта (CH 4 и CO 2 ).Микроорганизмы разрушают материалы биомассы в анаэробных условиях и производят CH 4 и другие газы в процессе завершения своего жизненного цикла. Есть много разновидностей метаногенов. Различные микроорганизмы CH 4 обладают общими физиологическими свойствами, и их характеристики меняются в зависимости от микроклимата внутри варочного котла. Как живые организмы, они предпочитают определенные условия. Для оптимального производства биогаза необходимо поддерживать баланс между микробными популяциями.Однако существует множество факторов, способствующих и препятствующих микробным процессам, таких как температура, тип сырья, pH, токсичность и время гидравлического удерживания (HRT), поскольку микроорганизмы чувствительны к микроклимату. Таким образом, стабильность и надежность анаэробного процесса очень хрупки, поскольку метаногенные микроорганизмы развиваются медленно и чувствительны к внезапным изменениям биологических, физических и химических условий в варочном котле. Некоторые из этих факторов обсуждаются ниже.

Температура

Температура — очень важный фактор, влияющий на активность метаногенов. Резкие перепады температуры отрицательно сказываются на производстве биогаза. Метаногены неактивны при экстремально высоких и низких температурах. Оптимальная температура для процесса AD составляет 30-40 ° C для мезофильных и 50-60 ° C для термофильных процессов. Скорость роста бактерий метаногена выше в термофильных условиях, что приводит к более быстрому разложению отходов. Когда температура окружающей среды опускается до 10 ° C, добыча газа практически прекращается.Поскольку неотапливаемые установки и варочные котлы без изоляции не работают удовлетворительно при средней температуре ниже 15 ° C, надлежащая изоляция варочного котла помогает поддерживать температуру и увеличивать производство газа в холодное время года. В холодном климате может потребоваться надлежащий нагрев для поддержания оптимального температурного режима в варочном котле. Некоторые лабораторные анаэробные варочные котлы работали в диапазоне температур 10–23 ° C (Safley and Westerman, 1994). В метантенки подавали молочный и свиной навоз с нормой 0.1 и 0,2 кг летучих твердых веществ (VS) / м 3 -сут. Варочные котлы работали успешно, с небольшими признаками нестабильности.

Значение pH и щелочность

Микроорганизмы, продуцирующие CH 4 , предпочитают нейтральную или слабощелочную среду. Метаногенные бактерии очень чувствительны к значению pH и не могут процветать при очень высоком или низком pH. Общий диапазон значений pH в варочном котле составляет от 6,4 до 7,4. Оптимальное производство биогаза достигается при уровне pH от 7 до 7.1. pH в биогазовом варочном котле также зависит от времени удерживания. В начальный период брожения кислотопродуцирующие микроорганизмы быстро растут; они могут производить большое количество органических кислот, которые не могут быть поглощены метанобразующими микроорганизмами. Уровень pH внутри варочного котла может быстро упасть. Это тормозит или даже останавливает процесс пищеварения или ферментации.

Время удерживания

Время удерживания также известно как гидравлическое время удерживания (HRT). Время — это количество дней, в течение которых сырье остается в варочном котле.HRT зависит от конструкции варочного котла, скорости загрузки, типов сырья и температуры. Время удерживания варочного котла рассчитывается путем деления общего объема варочного котла на объем вводимых ресурсов, добавляемых ежедневно. Кроме того, варочный котел должен иметь объем, в 50–60 раз превышающий суточный объем суспензии. Таким образом, время удерживания составляет 8–100 дней в зависимости от местных климатических условий (FAO, 1996; Kim et al., 2006; Bond and Templeton, 2011). HRT также зависит от температуры и может достигать 40–50 ° C.Термофильные дигестеры показали более высокую скорость удаления sCOD, чем мезофильные. Скорость производства биогаза термофильными варочными котлами обычно была выше, чем мезофильными варочными установками, что означает более короткую HRT для термофильных. Температура выше 55 ° C или ниже 40 ° C снижает скорость удаления sCOD (Kim et al., 2006). Но для биогазового реактора в холодном климате требуется более длительное время удерживания, чтобы патогены, присутствующие в человеческих фекалиях, были уничтожены (FAO, 1996).

Скорость нагружения

Скорость загрузки — это количество сырья, подаваемого на единицу объема емкости метантенка в сутки. Единицами скорости загрузки являются килограммы сырья на кубический метр объема варочного котла в день (кг / м 3 / день), который будет зависеть от объема варочного котла, концентрации сырья, HRT и отношения углерода к азоту (C / N). Скорость загрузки также выражается в sCOD или VS как доля органического вещества в сырье, которое поддается биологическому разложению. Скорость нагрузки может быть рассчитана с использованием входящей концентрации и HRT.Размер варочного котла уменьшается по мере уменьшения скорости загрузки. Если варочный котел переполнен, кислоты будут накапливаться, и выработка CH 4 будет подавлена, потому что микроорганизмы не могут выжить в кислой среде. Точно так же, если варочный котел недокормлен, производство газа также уменьшится. Сантош и др. (2004) сообщили, что при изменении скорости загрузки на уровне 346–1030 кг VS в день выход биогаза составлял 67–202 м 3 / день для 100-метровой биогазовой установки 3 , работающей на навозе. Более высокие скорости загрузки рекомендуются только в тех случаях, когда средняя температура окружающей среды высока.

Токсичность и ингибирование

Есть много токсичных материалов для AD, таких как фунгициды, антибактериальные средства, минеральные ионы, тяжелые металлы и детергенты (Chen et al., 2008). Некоторые из токсичных материалов препятствуют нормальному росту болезнетворных микроорганизмов в варочном котле. Анаэробный процесс может легко обрабатывать небольшое количество минеральных ионов (например, натрия, калия, кальция, магния, аммония и серы) и тяжелых металлов (например, меди, никеля, хрома, цинка и свинца).Однако очень высокая концентрация этих ионов будет иметь токсический эффект так же, как и тяжелый металл. Например, небольшое увеличение NH 4 будет способствовать росту микроорганизмов, тогда как его высокая концентрация будет токсична для микроорганизмов. Сунг и Лю (2003) сообщили, что концентрация NH 3 , равная 4,92 и 5,77 г / л, вызвала снижение производства CH 4 на целых 39% и 64%, поскольку азот является важным питательным веществом для микроорганизмов. Поскольку концентрации NH 3 увеличиваются в диапазоне 8–13 г / л, возникает концентрация NH 3 , вызывающая 100% ингибирование, в зависимости от условий акклиматизации и pH системы.Ацидогенные популяции в иле практически не пострадали (Koster and Lettinga, 1988). Существуют значительные различия в подавлении концентраций аммиака из-за различий в сырье, инокулятах, условиях окружающей среды (температура, pH) и периодах акклиматизации (Chen et al., 2008).

Моделирование процессов, мониторинг и контроль производства биогаза

Варочный котел — это физическая конструкция, сделанная из различных строительных материалов различной формы и размера. Он должен быть воздухо- и водонепроницаемым, широко известный как биогазовый реактор.Его основная функция — обеспечение анаэробного состояния. На эффективность биогазового варочного котла сильно влияют рабочие условия, сырье и конструкция варочного котла. Следовательно, критическим этапом достижения высокой производительности биогаза является создание эффективного микробного сообщества, содержащего метаногены, во время инокуляции организмами из действующего варочного котла. После установки варочный котел будет хорошо работать и иметь более надежную работу, даже когда вводится трудное или загрязненное сырье.Что еще более важно, инокуляция, по-видимому, устанавливает производственную мощность. Среда посева для увеличения микробной емкости или плотности консорциума используется для определения максимальной производительности и устойчивости к сложному сырью в варочном котле. Чтобы довести это оптимальное производство биогаза до масштаба варочного котла, моделирование, мониторинг и контроль процесса действительно улучшают функциональность, надежность и эффективность. В варочном котле необходимо контролировать пять ключевых процессов: (1) первичная инокуляция как гидрофобных, так и иммобилизационных поверхностей и образование гранул биогаза, (2) эффективное микробное сообщество, содержащее метаногены, во время инокуляции организмами из работающего варочного котла, (3) ) соответствующие кинетические параметры, управляющие ферментацией и производительностью варочного котла, (4) модель прогнозирующего управления, позволяющая справиться с большой задержкой процесса, и (5) надежная стратегия адаптивного управления, которая устойчива к небольшим изменениям рабочих условий и сырья, но адаптируется к значительным изменениям.

Существуют различные типы варочных котлов, такие как стационарный купол в Китае, плавучий купол в Индии, крытая лагуна и конструкция мешка на Тайване (Bisschops et al., 2009). Анализ моделей биогаза будет зависеть от типов варочного котла, чтобы помочь в мониторинге и управлении процессом, что, в свою очередь, может помочь оптимизировать работу варочного котла или ферментера и максимизировать производство биогаза. Следовательно, применение математических моделей является необходимым условием для повышения производительности варочного котла, и для процесса AD были разработаны различные модели, от стационарных до динамических (Batstone et al., 2000; Бернард и др., 2001; Му и др., 2008; Доносо-Браво и др., 2009, 2011; Tomei et al., 2009). Mu et al. (2008) разв. Модель с распределенными параметрами на основе 1 анаэробного реактора для восходящего потока анаэробного ила. Balmanta et al. (2014) продемонстрировали существование оптимальной HRT и массового расхода сырья на входе для максимального производства биогаза с помощью численного моделирования, выполненного с помощью общей переходной математической модели анаэробного варочного котла, представленной в этом исследовании.

Поскольку в варочном котле происходят различные химические и микробиологические реакции, желательно поддерживать его рабочие условия в оптимальном диапазоне параметров (например,g., летучие кислоты, щелочность, температура, процентное содержание CO 2 , pH и HRT). Цели мониторинга и контроля процесса — регулирование подачи корма, температуры, pH и скорости подачи для поддержания надлежащего баланса между кислотообразующими и метанобразующими бактериями. Gelegenis et al. (2007) провели серию лабораторных экспериментов в реакторах с непрерывным перемешиванием в мезофильных условиях. Полунепрерывно подавали различные смеси разбавленного птичьего помета и сыворотки для совместного переваривания, что оказалось возможным без какой-либо необходимости химического добавления до 50% доли сыворотки (по объему) в суточной кормовой смеси.В связи с этим удельное производство биогаза осталось примерно неизменным при различных фракциях сыворотки, добавленных в кормовую смесь, в основном из-за более низкого sCOD сыворотки по сравнению с навозом. Касерес и др. (2012) разработали термодинамическую модель AD для прогнозирования потенциального производства биогаза и его состава, а с помощью программного обеспечения MATLAB / Simulink была разработана динамическая модель микротурбинной системы, работающей на биогазе, для приложений распределенной генерации. Однако из-за различного сырья и структуры варочного котла трудно определить общие оптимальные рабочие условия.

Биогаз, произведенный нашей эры из навоза животных, появился еще 3000 лет назад. Имеются документальные знания принципа и технологии производства биогаза. Однако, несмотря на то, что требуются надежность и долговечность, мы по-прежнему сталкиваемся с огромным количеством проблем. Как упоминалось выше в разделе «Рабочие условия анаэробного разложения», все параметры, такие как температура, отношение C / N, pH, скорость загрузки, HRT и ингибирование, зависят от типов исходного сырья и условий окружающей среды. Таким образом, проектирование систем варочного котла по-прежнему осуществляется на основе практического опыта (Baerel, 2006).Это в основном связано с тем, что процесс AD еще не полностью изучен из-за сложного сырья и условий окружающей среды. Понятно, что мы решаем отдельные проблемы не изолированно, а с помощью системного подхода, который обеспечивает комплексные решения. Большинство описанных выше моделей и экспериментов ограничены определенным сырьем и условиями окружающей среды. По-прежнему отсутствуют исчерпывающие данные по смешиванию различных видов сырья. Необходимы дополнительные исследования для дальнейшей оптимизации процессов AD.Из-за различий в сырье и условиях окружающей среды в настоящее время не существует общих оптимальных параметров и моделей для точной оценки производительности. Сложность микробной деятельности рассматривается как одна из основных причин отсутствия базовых знаний о системах пищеварения. Дальнейшая разработка и оптимизация AD требует фундаментальных знаний в области микромасштаба, которые, в свою очередь, должны быть связаны с производительностью системы на макроуровне (Appels et al., 2011). Оптимальные параметры и процессы AD в местных условиях могут быть решением.

Сырье в экосистеме фермы

Экономические факторы

Широкий спектр сельскохозяйственных культур, пожнивные остатки, навоз и органические отходы потенциально доступны для использования в качестве исходного сырья для сельскохозяйственных культур. Вообще говоря, это сырье можно разделить на два типа поставок сырья в контексте всей фермы: (i) отходы животноводства (например, навоз и кормовой мусор) и (ii) общие сельскохозяйственные культуры (например, корма, силос, энергетические культуры. , трава, солома, щепа).Что касается выбора исходного сырья, фермерская экосистема, основанная на навозе домашнего скота, пригодна для животноводческих ферм, а корма — для пахотных хозяйств. Если биоразлагаемые отходы легко доступны в качестве исходного сырья, то при обращении с биоразлагаемыми отходами можно будет получить двоякую выгоду: (i) экономическая ценность биогаза и его дигестата; и (ii) предотвращение экологических издержек некоторыми другими способами, такими как захоронение на свалке (Jones, 2010). Однако экономические выгоды от производства (как биогаза, так и дигестата) могут стать низкими, если сырье является дорогостоящим, например, транспортировка и хранение, или его необходимо покупать.Например, остатки / отходы обработки, такие как навоз и солома, являются отличным дешевым источником биомассы, но если не использовать только на месте, они не всегда могут быть экономически жизнеспособными, если учесть дисперсию предложения [например, технологии, связанные с ними инвестиционные затраты (например, транспорт и склад), и цены на выпускаемую продукцию]. Поэтому по экономическим и техническим причинам некоторые материалы более предпочтительны в качестве сырья, чем другие, в зависимости от наличия сырья и климатических условий на местных фермах.

Небольшие предприятия могут производить более дешевую электроэнергию, увеличивать занятость, улучшать окружающую среду.Однако общие суждения об экономической жизнеспособности AD в масштабе фермы трудно сделать из-за неоднородного контекста, в котором работает AD, например, различий в размере и системе хозяйств, доходе, доступности сырья и масштабе, в котором AD действует. действовали (Jones, 2010; Jones, Salter, 2013). Ян и др. (2012) показали, что явные региональные различия в потенциале развития биогаза, и специальные средства были распределены с научной точки зрения в процессе разработки биогаза.Поддержка государственной политики является основной движущей силой внедрения биогаза в Китае. Правительство инвестирует в общей сложности 3,8 миллиарда долларов США на использование биогаза с 2003 по 2010 год (Feng et al., 2012). В Кении фермерам было сложно позволить себе биогазовые системы без субсидий, и соответственно 46 и 57% владельцев биогазовых установок получили субсидии, покрывающие более 25% затрат на строительство (Mwirigi et al., 2009). Следовательно, какие масштабы являются оптимальными с экономической точки зрения в зависимости от типа и размера хозяйств? Каковы практические требования для внедрения биогазовой технологии AD (например,g., утилизация дигестата, доход, наличие рабочей силы и т. д.), и на самом деле дисперсия предложения и сезонный характер сырья являются основными факторами в системах управления большинством ресурсов биомассы в масштабе фермы. В холодном климате отопление и изоляция варочных котлов увеличивают расходы. По сути, это требует разработки бизнес-модели биогазового ресурса, которая была бы гибкой как оборудование завода. Необходимо оценить экономическую конкуренцию AD с альтернативными видами использования сельскохозяйственных культур для обеспечения поставок сырья и экономическую жизнеспособность AD в масштабе фермы.

Характеристики сырья

Теоретически любую биоразлагаемую биомассу можно использовать в качестве сырья для производства биогаза внутри варочного котла. Однако компоненты отходов не разлагаются или превращаются в газ в равной степени посредством AD, и их потенциал для производства биогаза варьируется с точки зрения соотношений C / N. Биомасса с избыточным содержанием углерода или азота может привести к снижению производительности варочного котла, а биогаз с высоким содержанием CO 2 . Переваривание биомассы с высокими концентрациями азота и серы может привести к образованию высоких концентраций аммиака и сероводорода.Высокая концентрация аммиака может увеличить значение pH выше 8, что окажет токсическое воздействие на микроорганизмы CH 4 . С другой стороны, если соотношение C / N очень высокое, метаногены будут быстро потреблять N для удовлетворения своих потребностей в белке и больше не будут реагировать на оставшееся содержание C. Растительное сырье (например, солома, трава и опилки) имеет высокое отношение C / N 60–200, а животный навоз (например, свиней, овец и навоз крупного рогатого скота) имеет более высокое соотношение C / N 18–30. Однако в курином и утином навозе соотношение C / N ниже — 8–10.Сообщается, что биомасса с соотношением C / N от 20 до 30 обеспечивает оптимальный состав биогаза (FAO, 1996; das Neves et al., 2009). Кроме того, отходы, которые не являются особенно растворимыми в воде, будут медленно разрушаться, а анаэробные микроорганизмы не разлагают лигнин и некоторые другие углеводороды. Таким образом, отходы крупного рогатого скота и молочного животноводства будут разлагаться медленнее из-за высокого отношения C / N, чем навоз свиней или птицы.

Сырье с высоким отношением C / N может быть смешано с сырьем с низким отношением C / N к среднему соотношению C / N входящего сырья до желаемого уровня.Сырье, подаваемое в варочные котлы, не будет полностью навозом с откормочной площадки, но также будет состоять из других органических материалов (например, барды, соломы, травы, измельченных поддонов, падежа свиней и пищевых отходов) (Clemens et al., 2006 ; AG ПРИЛОЖЕНИЕ Новости, 2011 г.). Специальная смесь обеспечивает оптимальное производство биогаза. Таким образом, гомогенная смесь двух или более сырьевых материалов, применяемых для переваривания, переваривается одновременно, так называемое совместное переваривание. Было установлено, что совместное сбраживание может улучшить производство и стабильность биогаза.Команда из Испании (AG ANNEX News, 2011) протестировала in vitro комбинацию свиного навоза с побочными продуктами сельского хозяйства (например, перцем, помидорами, персиками и каки) для изучения производства биогаза и оптимального сочетания исходного сырья. Было обнаружено, что перец увеличивает производство биогаза на 44% по сравнению с использованием только навозной жижи; помидоры — на 41%; и персики на 28% (AG ANNEX News, 2011). Для каки никакой разницы не наблюдается. При совместном переваривании соломы и навоза сельскохозяйственных культур (Lehtomäki et al., 2007), навоз обеспечивает буферную способность и широкий спектр питательных веществ, а добавление соломы с высоким содержанием углерода уравновешивает соотношение C / N в сырье, тем самым снижая риск ингибирования аммиака. В Китае для уравновешивания соотношения C / N принято загружать рисовую солому на дно варочного котла, из которого сбрасываются отходы уборных. Аналогичным образом, в районе Читаван в Непале, слоновий навоз загружался в варочный котел вместе с человеческими отходами, чтобы сбалансировать соотношение C / N для оптимального производства биогаза (Karki et al., 1994). Risberg et al. (2013) изучали совместное сбраживание взбитой паром или необработанной пшеничной соломы с навозом крупного рогатого скота. Они не обнаружили улучшенного выхода биогаза при совместном переваривании пшеничной соломы с навозом. Panyadee et al. (2013) показали, что производство метана увеличилось на 34%, когда субстрат был заменен с пищевых отходов на смешанные пищевые отходы, и никаких признаков ингибирования не наблюдалось. Heaven et al. (2011) исследовали совместное сбраживание с жидким навозом крупного рогатого скота или с растительными отходами. Они обнаружили приемлемые удельные и объемные образования метана, а также дигестат с низким содержанием потенциально токсичных элементов.Таким образом, большинство биогазовых установок производят совместное сбраживание от трех до пяти видов сырья одновременно, что приводит к увеличению выхода биогаза на ~ 10% по сравнению с перевариванием одного исходного сырья (Pöschl et al., 2010; Galante et al., 2012).

Дигестат, используемый в качестве удобрения

Как жидкие, так и твердые дигестаты богаты азотом, фосфором (P) и калием (K) в качестве органических удобрений, обеспечивая тем самым устойчивую замену синтетическим удобрениям (Vaneeckhaute et al., 2013) и утилизацию питательных веществ для производства органических сельскохозяйственных культур для компенсировать использование синтетических удобрений.Все органические удобрения стимулировали потенциальное производство органических продуктов питания для экосистемных ферм. Однако различное сырье и обработка AD создают дигестат с различным химическим составом по сравнению с непереваренным навозом, который может по-разному влиять на микробную экосистему почвы и рост растений при использовании в качестве удобрений (Abubaker et al., 2012, 2013). Bertora et al. (2008) показали, что выбросы N 2 O и CO 2 , а также процессы денитрификации и доступность нитратов зависят от процессов AD с одинаковым количеством подаваемого общего азота, суспензии C и содержания NH 4 + . , и сложность органических соединений.Чтобы в полной мере использовать дигестат биогаза в растениеводстве, необходимо изучить влияние различных типов почвы и типов дигестата биогаза на рост сельскохозяйственных культур и выбросы парниковых газов, а также приложить больше усилий для разработки процессов биогаза, которые производят не только биогаз, но и органические удобрения.

Почвенная поправка к дигестату

В процессе AD из навоза и побочных продуктов питания производятся три ценных компонента: биогаз, жидкий дигестат и твердый дигестат. Биогаз состоит из 50–60% CH 4 , 40–45% CO 2 и следовых количеств сероводорода (H 2 S).В результате процесса AD можно ожидать ряда изменений в составе суспензии. И жидкие, и твердые дигестаты богаты азотом, фосфором (P) и калием (K) как органическое удобрение, не содержащее семян, патогенов и запахов. Это связано с тем, что дигестат, полученный в результате анаэробного процесса, использует только C, но компоненты N, P, K и микронутриенты остаются нетронутыми (Kryzanowski, 2013). Следовательно, профиль питательных веществ дигестата во многом совпадает с профилем питательных веществ источников сырья, а дигестат является отличным источником питательных веществ.Имеется существенное снижение содержания твердых частиц на 25% и, как следствие, увеличение содержания золы из-за сохранения минералов и уменьшения содержания органических веществ в суспензии (ADAS и SAC, 2007). Повышение pH суспензии оценивается примерно в 0,5 единиц pH, а увеличение содержания N аммония составляет до одной четверти. Эти изменения менее последовательны, чем снижение содержания твердых веществ и органических веществ, в зависимости от рабочих условий варочного котла и анализа суспензий исходного сырья (ADAS и SAC, 2007).Однако, очевидно, что после лечения БА общий N увеличивается. Дигестат можно и дальше вносить в качестве органического удобрения на землю владельца фермы. Одним из возможных последствий увеличения pH суспензии и содержания NH 4 -N после AD является повышенный риск потерь NH 3 во время хранения и выбросов аммиака и N 2 O после внесения в почву. Увеличение содержания азота аммония в суспензии, обычно с увеличением pH и снижением содержания твердых веществ, может привести к риску увеличения во время хранения после переваривания (Smith et al., 2007). Такие повышенные выбросы во время хранения можно эффективно контролировать с помощью различных покрытий для магазинов. Sanchez et al. (2008) изучали степень стабильности, достигаемую отходами животноводческих ферм посредством AD. Стабильность дигестата зависит от типа навоза и температуры. Важным, но малоизученным аспектом производства биогаза является его общее влияние на круговорот углерода и азота в почве. Увеличение производства биогаза из органических отходов неизбежно приведет к увеличению поступления его дигестата в почвенные добавки в качестве удобрений (Arthurson, 2009).

Möller and Stinner (2009) показали, что выбросы N 2 O – N заметно увеличиваются после неглубокой закачки жидкого навоза в закрытые щели, особенно при использовании сброженного навоза. Это указывает на то, что усиленная денитрификация в результате нитрификации, связанная с более высоким поступлением легкодоступного NH 4 –N для нитрифицирующих организмов, была основной движущей силой для курса и количества выбрасываемого N 2 O (Moller, 2009). Хуанг и др. (2004) показали, что фракция выбросов N 2 O – N для смеси остатков и поправки на мочевину зависит от отношения C / N, когда растительные остатки были включены с более низким соотношением C / N остатков, вызывающим более высокую концентрацию C и большее количество выбросов N 2 O.Совокупные выбросы N 2 O и CO 2 отрицательно коррелировали с соотношением C / N в растительных остатках. Высокая концентрация азота в дигестате полезна для стимулирования роста сельскохозяйственных культур и может сыграть ключевую роль в повышении устойчивости почвы. Однако чрезмерное использование может способствовать загрязнению почвы, воды и воздуха. Следовательно, в значительной степени устойчивость конкретной производственной цепочки биогаза будет зависеть от возможностей утилизации его дигестата (Taheripour et al., 2010). Дигестатные удобрения могут иметь большой экологический след из-за выбросов парниковых газов как во время нашей эры, так и во время использования, в основном из-за того, что CO 2 выделился во время нашей эры, а N 2 O выделился как почвенное удобрение. N 2 O является особенно сильным парниковым газом с потенциалом глобального потепления почти в 300 раз больше, чем CO 2 . Выбросы NH 3 , N 2 O и CH 4 сравнивались при внесении непереваренных и сброженных свиней и навозной жижи в Финляндии (Regina and Perälä, 2006).Свиной навоз наносили на ячмень с целевой нормой внесения растворимого азота 100 кг / га. Когда закачивались непереваренные или переваренные навозные жижи, выбросы NH 3 в ходе полевых экспериментов в 2005–2006 годах не обнаруживались. Если жидкий навоз распределялся по земле перед посевом ячменя, выбросы NH 3 продолжались до тех пор, пока жидкий навоз не был заделан (через 1 час после внесения). По сравнению со свойствами удобрений, конечный побочный продукт (дигестат) через AD был получен с очень хорошими удобрениями из-за высокого содержания питательных веществ (N, P, K) в доступной форме.В этом отношении дигестат, по-видимому, является очень хорошим заменителем синтетических удобрений, также способствуя краткосрочному круговороту органического вещества почвы (Tambone et al., 2010; Chen et al., 2012). Однако до сих пор неясно, как эти дигестаты повлияют на микробную активность и процессы трансформации в почве и, следовательно, на баланс парниковых газов и связывание органического углерода. Например, мало что известно об их влиянии на баланс парниковых газов в почве, в частности на выбросы N 2 O для многих побочных продуктов животного происхождения, одобренных правилами органического земледелия (Cayuela et al., 2010а, б).

Моделирование дигестата, используемого в качестве удобрения

Более естественный подход к оценке качества и влияния дигестата — это проверка их эффективности в системе почва – растение. Растение является основным интегратором, и качество удобрений можно оценить, наблюдая за ростом и урожайностью растений в полностью контролируемых условиях. Были предприняты попытки смоделировать взаимодействие почва-растение и парниковые газы при использовании дигестата в качестве удобрения (Wang et al., 2011) (рис. 3).Модель была основой модифицированной денитрификации и разложения (DNDC) (Li et al., 1992; Wang et al., 2012). Когда дигестат, удобрения или навоз вносятся в почву, оборот азота регулируется денитрификаторами или нитрификаторами. N 2 Производство / потребление O контролируется тремя факторами, а именно окислительно-восстановительным потенциалом почвы (Eh), концентрацией растворенного органического углерода (DOC) и доступным азотом, т. Е. Аммонием (NH 4 + ) или нитратом (NO ). 3 ) концентрация.Когда Eh = 250-350 мВ, денитрификация является доминирующей из-за недостатка кислорода. Когда Eh = 350-700 мВ, нитрификация является доминирующей из-за богатого кислорода. Естественные процессы (например, осадки и температура) или методы управления (например, обработка почвы и орошение) могут изменить доступность одного или нескольких из трех движущих факторов и, следовательно, повлиять на производство N 2 O. Производство N 2 O будет сокращено или остановлено, если любой из трех факторов станет ограничивающим (Рисунок 3). Производство и потребление CO 2 , N 2 O и CH 4 рассчитываются на основе последовательной эволюции окислительно-восстановительного потенциала почвы для пастбищных, пахотных или лесных экосистем (Li et al., 1992; Wang et al., 2012).

Рисунок 3. Схема модели дигестата в почвах .

Моделирование показало, что выбросы N 2 O дигестата зависят от отношения C / N. Выбросы увеличиваются при уменьшении отношения C / N (Рисунок 4). Когда отношение C / N ниже определенного значения, выбросы N 2 O дигестата могут быть намного ниже, чем выбросы синтетического удобрения. Дигестат может заменить удобрение для устойчивого сельского хозяйства при правильном применении.Эти питательные вещества рециркулируют благодаря своевременному внесению дигестата на землю. Это в значительной степени избавляет от необходимости покупать синтетические питательные вещества. В результате потребуются лишь скромные закупки удобрений (синтетических, неорганических или иных) для восполнения питательных веществ, потерянных из почвы, например, в результате вымывания в грунтовые воды в период культивирования и выращивания.

Рис. 4. Сравнение выбросов N 2 O среди удобрений, дигестата и навоза .

Экономические и технологические барьеры для развертывания биогазовой технологии в сельской местности

Несмотря на множество возможностей для развития биогазовых хозяйств в сельских регионах и некоторые успешные пилотные установки (ADAS и SAC, 2007), широкое внедрение децентрализованной биогазовой технологии еще не началось. Децентрализованное производство биогаза из навоза и растительных остатков в настоящее время не является экономичным и надежным из-за низкого содержания энергии, надежности, долговечности, высоких капитальных затрат и низкой эффективности.Существуют явные региональные различия в отношении потенциала использования биогаза, и специальные средства были распределены с научной точки зрения в процессе использования биогаза (Yang et al., 2012). AD в развивающихся странах имеет гораздо большее отношение к дефициту энергии, чем в развитых странах. Таким образом, было приложено много усилий для производства энергии с помощью биогазовых установок, особенно в Китае и Индии. В развитых странах AD использовалась, но в основном как процесс обработки отходов с высоким содержанием sCOD, а не как средство производства энергии (биогаза).Как упоминалось ранее, все параметры зависят от сырья и условий окружающей среды. Таким образом, многие практические проблемы при развертывании биогазовой технологии связаны с местными условиями, а не с самой технологией, такими как некачественное строительство, национальные финансовые субсидии, доступность биогазового сырья, низкое производство биогаза, оптимальные условия эксплуатации, скопление песка. , утечка трубопроводов, простота эксплуатации и обслуживания, а также навыки фермеров (Chen et al., 2010; Cheng et al., 2014).

Экономические барьеры

Существенным препятствием для коммерциализации биогаза является высокая стоимость и низкая производительность биогазового реактора. Для варочных котлов с потенциалом выработки электроэнергии предлагается приблизительный пороговый размер в 300 коров или 2000 свиней из-за экономии от масштаба при строительстве и эксплуатации (Minnesota Project, 2014). Усовершенствованные технологии могут уменьшить этот пороговый размер. Хотя стоимость строительства биогазовых установок варьируется в разных странах, они часто высоки по сравнению с доходами фермеров и других потенциальных пользователей.Истории из развивающихся стран, таких как Китай и Непал, представляют собой многие тысячи простых небольших варочных котлов, которые производят биогаз для отопления, приготовления пищи и освещения, так называемые децентрализованные биогазовые технологии. Установка с коротким сроком службы также может быть рентабельной, но такая установка не может быть реконструирована по истечении срока ее полезного использования. В Китае на развитие биогазовых хозяйств в основном повлияло сочетание климатических условий и экономического уровня (Yang et al., 2012). Это приводит к неадекватной финансовой отдаче и практической выгоде без вмешательства государства.В частности, в то время как люди еще не заинтересованы в принятии этой технологии или необходимые навыки и материалы недоступны, высококачественные и долговечные биогазовые установки могут продемонстрировать хорошие преимущества, хотя для этого могут потребоваться более высокие начальные инвестиции. Следовательно, крупномасштабное внедрение децентрализованной биогазовой технологии требует государственной политической поддержки как основной движущей силы. Правительство инвестировало в общей сложности 3,8 миллиарда долларов США в разработку биогаза с 2003 по 2010 год (Feng et al., 2012). Ряд варочных котлов (186) в настоящее время коммерчески работают в сельском хозяйстве США, в которых около 30% этих варочных котлов переваривают другое сырье совместно с навозом. При финансовой поддержке Министерства сельского хозяйства США количество метантенков растет в сообществе (EPA, 2010, 2012). Хотя большинство варочных котлов централизовано в США, основными препятствиями для широкого использования варочных котлов по-прежнему являются высокие капитальные затраты, риск инвесторов, изменчивость рынков сырья и побочных продуктов и политика (EPA, 2012).

Изменчивость сырья и условий окружающей среды

Проблемы (напр.g., низкий выход биогаза и нестабильность процесса) часто встречаются при децентрализованном производстве биогаза AD, что не позволяет этому методу получить широкое распространение (Chen et al., 2008). Были предприняты значительные исследовательские усилия для определения механизма и контролирующих факторов производства биогаза и ингибирования его работы. Независимо от социальных и экономических факторов существует большое расхождение в производительности производства биогаза между пилотными установками и практическими установками. Эти несоответствия возникают, потому что в большинстве случаев из-за неопределенности сырья и условий окружающей среды в конкретной области, где происходят процессы производства биогаза AD.Пилотные варочные котлы обычно проектируются с учетом ожидаемого сырья и климатических условий. Однако из-за недоступности исходного сырья сложно поддерживать соответствие основных параметров масштабируемых варочных котлов с параметрами пилотного варочного котла. Например, производство навоза не было равномерно распределено географически в Канаде, сосредоточившись в трех основных регионах в 2006 году, как показано на Рисунке 5 (Hofmann, 2006). Аналогичное неравномерное распределение продукции животноводства наблюдалось в 2012 году (Статистическое управление Канады, 2012).Неравномерное распределение навоза затрудняет совместное сбраживание для достижения оптимального производства биогаза, необходимого для биогазовой установки. Из-за различий в составе отходов сырья оптимальные рабочие условия на пилотной установке должны быть адаптированы к некоторым местным сложным видам сырья и климату. Например, из-за изменения доступности сырья соотношение C / N в смеси сырья будет изменено. Это означает, что все оптимальные параметры пилотной установки также должны быть откалиброваны для новых условий.Однако это не обычная практика при развертывании биогазовой технологии из-за отсутствия местных данных в настоящее время. Например, сообщалось, что биомасса с соотношением C / N от 20 до 30, как сообщается, дает оптимальный состав биогаза (FAO, 1996; das Neves et al., 2009). Однако фермерам трудно поддерживать смесь исходного сырья в разработанных типах из-за большого разнообразия исходного сырья. Практическое совместное сбраживание зависит от наличия исходного сырья, а также от знаний фермеров.В этом отношении такое изменение ингибирования может быть связано с изменением исходного сырья. Таким образом, многие варочные котлы перестали функционировать после короткого периода эксплуатации из-за внезапного изменения сырья или условий окружающей среды (Bond and Templeton, 2011). В результате рабочее состояние биогазовых метантенков не является оптимальным, а коэффициент эксплуатации скважин на практике в Непале составляет около 53% (Cheng et al., 2014). В Китае общее количество варочных котлов достигло семи миллионов к 1978 году, но только три миллиона из них фактически работали (He, 2010).Сложные поставки исходного сырья приводят к появлению множества ингибирующих веществ, которые являются основной причиной нарушения или отказа анаэробного метантенка, поскольку они присутствуют в значительных концентрациях в отходах. Это, по сути, является следствием коренных причин нехватки подходящего сырья.

Рисунок 5. Географический профиль производства навоза в Канаде (Hofmann, 2006) .

Изменчивость климатических зон

Кроме того, необходимо провести дополнительные исследования в области технологии холодного брожения (Balasubramaniyam et al., 2008). Производство биогаза подходит для стран, где средняя температура окружающей среды превышает 15 ° C. Способность AD значительно снижается при температуре ниже 8 ° C. Процесс также чувствителен к колебаниям температуры более 3 ° C; поэтому колебания температуры должны поддерживаться в ограниченном диапазоне, чтобы обеспечить стабильное производство биогаза. Производство биогаза уменьшается в холодную погоду или на большей высоте, по иронии судьбы, в то время и в месте, когда потребность фермы в энергии значительно возрастает. Однако БА при холодной психрофильной температуре (<20 ° C) не исследовалась так широко, как мезофильное или термофильное пищеварение.Как правило, более низкая температура требует более продолжительной HRT для достижения аналогичной добычи газа. Большинству анаэробных варочных котлов требуется обогрев и изоляция в холодную погоду для оптимального производства биогаза в Канаде. Следовательно, варочные котлы с хорошей изоляцией могут поддерживать оптимальную рабочую температуру варочного котла, что приводит к дополнительным затратам.

Твердый неорганический мусор

Так как отходы могут быть загрязнены песком, камнем, пластиком, резиной, песком и грязью, этот песок или пластик в варочных котлах необходимо регулярно очищать.Очистка от отложений песка — тяжелая работа, и отключать варочные котлы для регулярной очистки песка — не лучший вариант. Фермерам может быть сложно найти поставщика с опытом утилизации отложений песка в варочном котле на постоянной основе (Kryzanowski, 2013). Таким образом, желательно, чтобы варочный котел был спроектирован на потенциальном участке, где можно было бы использовать некоторые грязные навоз и сырье. Для строительства биогазовой установки требуется определенная степень специальных навыков, которая может быть нелегко доступна фермерам.Кроме того, операторы должны знать соответствующий диапазон основных параметров, находящихся под контролем и контролем, таких как щелочность, летучие кислоты, pH, скорость загрузки и температура. Все это связано с недостаточным вниманием к обучению, эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту существующих объектов. Пользователи биогаза должны пройти обучение по эксплуатации и техническому обслуживанию, включая мелкий ремонт.

Заключительные замечания

Долгосрочные экономические и экологические проблемы привели к большому количеству исследований за последние пару десятилетий по возобновляемым источникам биомассы и биоэнергии для замены ископаемого топлива.В децентрализованной биогазовой технологии в качестве исходного сырья используются сельскохозяйственные отходы (например, навоз, солома сельскохозяйственных культур и побочные продукты пищевой промышленности). Побочные продукты производства биогаза, называемые дигестатом, богаты питательными веществами, которые потенциально могут быть повторно использованы в качестве зеленых удобрений на фермах, тем самым обеспечивая устойчивого кандидата на синтетические удобрения для экосистемы фермы. Моделирование показало, что выбросы N 2 O дигестата зависят от отношения C / N, и выбросы увеличиваются по мере уменьшения отношения C / N.Дигестат может заменить синтетическое удобрение для устойчивого сельского хозяйства при правильном применении. Повторное использование этих питательных веществ за счет своевременного внесения дигестата в почву в значительной степени устраняет необходимость в покупке синтетических удобрений. Таким образом, производство биогаза AD является беспроигрышным вариантом для животноводов, позволяющих решать вопросы производства энергии и управления отходами, а также избегать загрязнения поверхностных и грунтовых вод и выбросов запахов, аммиака и парниковых газов.Тем не менее, все еще существуют экономические и технологические препятствия, которые необходимо устранить при широкомасштабном развертывании биогазовой технологии. Основными препятствиями являются широкое разнообразие исходного сырья и условий окружающей среды (например, температуры) во времени и пространстве. В частности, существуют основные проблемы, связанные с проектированием универсальных варочных котлов и оптимизацией параметров процесса AD из-за изменения исходного сырья и условий окружающей среды. Два развертывания в национальном масштабе в Китае и Непале показали, что рабочее состояние биогазовых метантенков не является оптимальным и до 50% заводов перестают функционировать после короткого периода эксплуатации, независимо от социальных и экономических факторов.Становится ясно, что экспериментальных условий на пилотных установках недостаточно для сложной изменчивости сырья и климата для широкого спектра децентрализованных биогазовых технологий. Варочный котел необходимо тщательно отрегулировать и откалибровать, даже перепроектировать, чтобы он соответствовал местному сырью и климату. Варочные котлы с обогревом или изоляцией также необходимо разрабатывать для холодного климата. Кроме того, операторам необходимо знать соответствующий диапазон основных параметров для мониторинга и контроля, таких как щелочность, летучие кислоты, pH, скорость подачи и температура.Все это связано с недостаточным вниманием к проектированию, обучению, техническому обслуживанию и ремонту существующих объектов. Пользователи биогаза должны пройти обучение по эксплуатации и техническому обслуживанию, включая мелкий ремонт. Таким образом, сотрудничество всех соответствующих проектировщиков, фермеров, заинтересованных сторон и регулирующих органов предлагается в качестве пути вперед, особенно потому, что их сложность была определена как основное препятствие для внедрения децентрализованного производства биогаза, которое может обеспечить полезный синергетический эффект для децентрализованного производства биогаза. в сельской местности отвечает за производство продуктов питания и утилизацию отходов.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Список литературы

Абэ, Н., Тан, Й.К., Ивамура, М., Охта, Х., Моримура, С., и Кида, К. (2011). Разработка эффективного процесса обработки остаточного ила, сбрасываемого из анаэробного варочного котла на очистных сооружениях. Биоресурсы. Technol. 102, 7641–7644. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.05.030

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Абубакер, Дж., Седерлунд, Х., Артурсон, В., и Пелл, М. (2013). Структура бактериального сообщества и микробная активность в различных почвах с поправкой на остатки биогаза и навозную жижу крупного рогатого скота. Прил. Soil Ecol. 72, 171–180. DOI: 10.2134 / jeq2012.0247

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Абубакер, Дж., Рисберг, К., Пелл, М. (2012). Остатки биогаза в качестве удобрений — влияние на рост пшеницы и микробную активность почвы. Прил. Энергия 99, 126–134. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2012.04.050

CrossRef Полный текст

Айюк, С., Форрез, И., Ливен, Д. К., ван Хандель, А., и Верстраете, В. (2006). Анаэробная и дополнительная очистка бытовых сточных вод в регионах с жарким климатом — обзор. Биоресурсы. Technol. 97, 2225–2241. DOI: 10.1016 / j.biortech.2005.05.015

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Appels, L., Lauwers, J., Degrève, J., Helsen, L., Lievens, B., Willems, K., et al. (2011). Анаэробное сбраживание в мировом производстве биоэнергии: потенциал и проблемы исследования. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 15, 4295–4301. DOI: 10.1016 / j.rser.2011.07.121

CrossRef Полный текст

Артурсон, В. (2009). Замыкание глобальных циклов энергии и питательных веществ за счет внесения остатков биогаза на сельскохозяйственные земли — потенциальные преимущества и недостатки. Энергии 2, 226–242. DOI: 10.3390 / en20200226

CrossRef Полный текст

Балманта В., Оливейра Б. Х., Митчелла Д. А., Варгасб Дж. В. К. и Ордонез Дж. К. (2014). Оптимальные рабочие условия для максимального производства биогаза в анаэробных биореакторах. Прил. Therm. Англ. 62, 197–206. DOI: 10.1016 / j.applthermaleng.2013.09.033

CrossRef Полный текст

Батстон, Д. Дж., Келлер, Дж., Ньюэлл, Р. Б., и Ньюленд, М. (2000). Моделирование анаэробной деградации сложных сточных вод. I: разработка модели. Биоресурсы. Technol. 75, 67–74. DOI: 10.1016 / S0960-8524 (00) 00018-3

CrossRef Полный текст

Бернар О., Хадж-Садок З., Дочейн Д., Дженовеси А. и Штейер Ж.-П. (2001). Разработка динамической модели и определение параметров процесса анаэробной очистки сточных вод. Biotechnol. Bioeng. 75, 424–438. DOI: 10.1002 / бит.10036

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Бертора, К., Alluvione, F., Zavattaro, L., van Groenigen, J. W., Velthof, G., and Grignani, C. (2008). Модификаторы обработки свиного навоза состав навоза, выбросы N 2 O и CO 2 после заделки почвы. Soil Biol. Biochem. 40, 1999–2006. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2008.03.021

CrossRef Полный текст

Бонд Т. и Темплтон М. Р. (2011). История и будущее отечественных биогазовых установок в развивающихся странах. Energy Sustain.Dev. 15, 347–354. DOI: 10.1016 / j.esd.2011.09.003

CrossRef Полный текст

Касерес, К. X., Касерес, Р. Э., Хейн, Д., Молина, М. Г., и Пиа, Дж. М. (2012). Производство биогаза из виноградных выжимок: термодинамическая модель процесса и динамическая модель системы выработки электроэнергии. Внутр. J. Hydrogen Energy 37, 10111–10117. DOI: 10.1016 / j.ijhydene.2012.01.178

CrossRef Полный текст

Каюэла, М. Л., Оенема, О., Куйкман, П.Дж., Баккер Р. Р. и ван Грёниген Дж. У. (2010a). Побочные продукты биоэнергетики как поправки на почву? Последствия для связывания углерода и выбросов парниковых газов. Glob. Сменить Биол. Биоэнергетика 2, 201–213. DOI: 10.1016 / j.geoderma.2010.04.026

CrossRef Полный текст

Каюэла, М. Л., Велтхоф, Г. Л., Мондини, К., Синикко, Т., и ван Грениген, Дж. У. (2010b). Выбросы закиси азота и углекислого газа при первоначальном разложении побочных продуктов животного происхождения, внесенных в качестве удобрений в почвы. Geoderma 157, 235–242. DOI: 10.1016 / j.geoderma.2010.04.026

CrossRef Полный текст

Чен Р. Р., Благодатская Е., Сенбайрам М., Благодатский С., Мячина О., Диттерт К. и др. (2012). Разложение остатков биогаза в почве и их влияние на кинетику роста микробов и активность ферментов. Биомасса Биоэнергетика 45, 221–229. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2012.06.014

CrossRef Полный текст

Чен, Ю., Ян, Г., Суини, С., Фэн, Ю. (2010). Использование биогаза в домашних условиях в сельских районах Китая: исследование возможностей и ограничений. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 14, 545–549. DOI: 10.1016 / j.rser.2009.07.019

CrossRef Полный текст

Ченг, С. К., Ли, З. Ф., Ман, Х. П., Нойпан, К., Ваутелет, М., и Хуба, Э. М. (2014). Применение подхода дерева отказов для технической оценки малогабаритных биогазовых систем в Непале. Прил. Энергия 113, 1372–1381.DOI: 10.1016 / j.apenergy.2013.08.052

CrossRef Полный текст

Чанг, Дж. Н. (2013). Грандиозные задачи в области исследований в области биоэнергетики и биотоплива: разработка и технологическое развитие, воздействие на окружающую среду и устойчивость. Фронт. Energy Res. 1: 4. DOI: 10.3389 / fenrg.2013.00004

CrossRef Полный текст

Чанг, Дж. Н. (2014). Теоретическое исследование двух новых концептуальных систем для максимального термохимического преобразования биомассы в водород. Фронт. Energy Res. 1:12. DOI: 10.3389 / fenrg.2013.00012

CrossRef Полный текст

Клеменс, Дж., Тримборн, К. Дж., Вейланд, П., и Амон, Б. (2006). Снижение выбросов парниковых газов путем анаэробного сбраживания жидкого навоза крупного рогатого скота. Agric. Экосист. Environ. 112, 171–177. DOI: 10.1016 / j.agee.2005.08.016

CrossRef Полный текст

das Невес, Л. К. М., Конверти, А., и Пенна, Т. К. В. (2009). Производство биогаза: новые тенденции для альтернативных источников энергии в сельских и городских зонах. Chem. Англ. Technol. 32, 1147–1153. DOI: 10.1002 / ceat.200

1

CrossRef Полный текст

Демирбас, М. Ф., и Балат, М. (2009). Прогресс и последние тенденции в переработке биогаза. Внутр. J. Green Energy 6, 117–142. DOI: 10.1080 / 15435070

4830

CrossRef Полный текст

Доносо-Браво, А., Мейлиер, Дж., Мартин, К., Родригес, Дж., Асевес-Лара, К. А., и Вауэр, А. В. (2011). Выбор, идентификация и проверка модели в анаэробном пищеварении: обзор. Water Res. 45, 5347–5364. DOI: 10.1016 / j.watres.2011.08.059

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Доносо-Браво, А., Розенкранц, Ф., Руис-Филиппи, Г., и Чами, Р. (2009). Разработка и проверка упрощенной модели анаэробного разложения фенола. Water Sci. Technol. 60, 37–45. DOI: 10.2166 / wst.2009.299

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Фенг, Ю.Z., Guo, Y., Yang, G.H., Qin, X. W., and Song, Z. L. (2012). Развитие бытового биогаза в сельских районах Китая: о поддержке политики и других макроустойчивых условиях. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 16, 5617–5624. DOI: 10.1016 / j.rser.2012.06.019

CrossRef Полный текст

Галанте, К. Г., Пеццола, Л., Приано, Н., Скарамеллини, С., и Соттокорнола, А. (2012). Метан из биогаза: процесс, очистка и проекты, TPG 4140 Отчет о природном газе за семестр .Доступно по адресу: http://www.ipt.ntnu.no/~jsg/undervisning/naturgass/oppgaver/Oppgaver2012/12Galante.pdf

Гелегенис, Дж., Георгакакис, Д., Ангелидаки, И., и Маврис, В. (2007). Оптимизация производства биогаза за счет совместного переваривания сыворотки с разбавленным птичьим пометом. Обновить. Energy 32, 2147–2160. DOI: 10.1016 / j.renene.2006.11.015

CrossRef Полный текст

Он, П. Дж. (2010). Анаэробное пищеварение: увлекательная долгая история Китая. Waste Manag. 30, 549–550. DOI: 10.1016 / j.wasman.2010.01.002

CrossRef Полный текст

Хевен С., Солтер А. М. и Бэнкс К. Дж. (2011). Интеграция производства биодизеля на ферме с анаэробным сбраживанием для максимального увеличения выхода энергии и экономии парниковых газов от производственных и сельскохозяйственных остатков. Биоресурсы. Technol. 102, 7784–7793. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.06.029

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Хуанг, Ю., Zou, J. W., Zheng, X.H., Wang, Y., and Xu, X.K. (2004). Выбросы закиси азота в зависимости от внесения в растительные остатки различных соотношений C: N. Soil Biol. Biochem. 36, 973–981. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2004.02.009

CrossRef Полный текст

Хуопана Т., Сонг Х., Колехмайнен М. и Ниска Х. (2013). Региональная модель устойчивого производства электроэнергии из биогаза: пример из финской провинции. Прил. Энергия 102, 676–686.DOI: 10.1016 / j.apenergy.2012.08.018

CrossRef Полный текст

Johansen, A., Nielsen, H. B., Hansen, C. M., Andreasen, C., Carlsgart, J., Hauggard-Nielsen, H., et al. (2013). Выживаемость семян сорняков и паразитов животных при анаэробном пищеварении в мезо- и термофильных условиях. Waste Manag. 33, 807–812. DOI: 10.1016 / j.wasman.2012.11.001

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Джонс, П., и Солтер, А. (2013). Моделирование экономики анаэробного сбраживания на ферме в контексте всей фермы Великобритании. Энергетическая политика 62, 215–225. DOI: 10.1016 / j.enpol.2013.06.109

CrossRef Полный текст

Карки, А. Б., Гаутам, К. М., и Карки, А. (1994). Биогазовая установка из навоза слона на курорте Machan Wildlife Resort, Читван, Непал. Информационный бюллетень по биогазу , выпуск № 45.

Ким, Дж. К., О, Б. Р., Чун, Ю. Н., и Ким, С.W. (2006). Влияние температуры и гидравлического времени удерживания на анаэробное переваривание пищевых отходов. J. Biosci. Bioeng. 102, 328–332. DOI: 10.1263 / jbb.102.328

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Лехтомаки А., Хуттунен С. и Ринтала Дж. А. (2007). Лабораторные исследования совместного переваривания энергетических культур и пожнивных остатков с коровьим навозом для производства метана: влияние соотношения урожая и навоза. Resourc. Консерват.Recycl. 51, 591–609. DOI: 10.1016 / j.resconrec.2006.11.004

CrossRef Полный текст

Ли, С. С., Фролкинг, С., и Фролкинг, Т. А. (1992). Модель выделения закиси азота из почвы под действием дождя: 1. Структура и чувствительность модели. J. Geophys. Res. 97, 9759–9776. DOI: 10.1029 / 92JD00509

CrossRef Полный текст

Моллер, К. (2009). Влияние различных систем навоза с и без разложения биогаза на органическое вещество почвы и входы, потоки и баланс азота в системах органического земледелия. Nutr. Цикл. Агроэкосис. 84, 179–202. DOI: 10.1007 / s10705-008-9236-5

CrossRef Полный текст

Мёллер, К., Стиннер, В. (2009). Влияние различных систем навоза с биогазом и без него на содержание минерального азота в почве и потери азота в газообразном состоянии (аммиак, оксиды азота). Eur. J. Agron. 30, 1–16. DOI: 10.1016 / j.eja.2008.06.003

CrossRef Полный текст

Му, С. Дж., Цзэн, Ю., Ву, П., Лу, С. Дж., И Тартаковский, Б. (2008). Модель анаэробного пищеварения № Модель анаэробного реактора с распределенными параметрами на основе 1. I. Разработка модели. Биоресурсы. Technol. 99, 3665–3675. DOI: 10.1016 / j.biortech.2007.07.060

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Мвириги, Дж. У., Макензи, П. М., и Очола, В. О. (2009). Социально-экономические препятствия для внедрения и устойчивости биогазовой технологии фермерами в округах Накуру, Кения. Energy Sustain. Dev. 13, 106–115. DOI: 10.1016 / j.esd.2009.05.002

CrossRef Полный текст

Паньяди, С., Петираксакул, А., Фалакорнкуле, К. (2013). Производство биогаза путем совместного переваривания остатков Phyllanthus emblica и пищевых отходов. Energy Sustain. Dev. 17, 515–520. DOI: 10.1016 / j.esd.2013.07.003

CrossRef Полный текст

Паттерсон, Т., Эстевес, С., Динсдейл, Р., и Гуи, А.(2011). Оценка жизненного цикла вариантов биогазовой инфраструктуры в региональном масштабе. Биоресурсы. Technol. 102, 7313–7323. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.04.063

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Петерсен, С. О., Соммер, С. Г., Белин, Ф., Бертон, К., Дач, Дж., Дурмад, Дж. Й. и др. (2007). Переработка навоза в масштабах всего хозяйства. Жива. Sci. 112, 180–191. DOI: 10.1016 / j.livsci.2007.09.001

CrossRef Полный текст

Пёшль, М., Уорд, С., и Оуэнде, П. (2010). Оценка энергоэффективности производства и использования различного биогаза. Прил. Energy 97, 3305–3321. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2010.05.011

CrossRef Полный текст

Регина, К., и Перяля, П. (2006). «Эмиссия аммиака и парниковых газов из свиного навоза — эффект ферментации навоза, разделения продукта ферментации и техники внесения», 12-я Международная конференция РАМИРАН по технологии переработки навоза и органических остатков в перспективе всего хозяйства , изд.С. О. Петерсен (Дания: Датский институт сельскохозяйственных наук), Vol. II, 241–243. Отчет DIAS Заводской номер 123.

Рисберг, К., Сан, Л., Левен, Л., Хорн, С. Дж., И Шнюрер, А. (2013). Производство биогаза из пшеничной соломы и навоза — влияние предварительной обработки и рабочих параметров процесса. Биоресурсы. Technol. 149, 232–237. DOI: 10.1016 / j.biortech.2013.09.054

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Сафли, Л.М. мл. И Вестерман П. В. (1994). Низкотемпературное сбраживание молочного и свиного навоза. Биоресурсы. Technol. 47, 165–171. DOI: 10.1016 / 0960-8524 (94) -3

CrossRef Полный текст

Санчес М., Гомес Х., Барриоканал Г., Куэтос М. Дж. И Моран А. (2008). Оценка устойчивости отходов животноводческих ферм, обработанных анаэробным сбраживанием. Внутр. Биодетериор. Биоразложение 62, 421–426. DOI: 10.1016 / j.ibiod.2008.04.002

CrossRef Полный текст

Сантош, Ю., Шри, К. Т. Р., Коли, С., и Рана, В. (2004). Улучшение производства биогаза из твердых субстратов с использованием различных технологий — обзор. Биоресурсы. Technol. 95, 1–10. DOI: 10.1016 / j.biortech.2004.02.010

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Скивано А., Д’Импорзано Г., Салати С. и Адани Ф. (2011). Полевые исследования полномасштабных растений анаэробного пищеварения (часть I): полевые методы определения баланса массы, углерода и питательных веществ. Биоресурсы. Technol. 102, 7737–7744. DOI: 10.1016 / j.biortech.2011.06.006

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Searchinger, T., Heimlich, R., Houghton, R.A., Dong, F. X., Elobeid, A., Fabiosa, J., et al. (2008). Использование пахотных земель в США для производства биотоплива увеличивает выбросы парниковых газов из-за изменений в землепользовании. Наука 319, 1238–1240. DOI: 10.1126 / science.1151861

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Смит, К., Камби, Т., Лэпворт, Дж., Миссельбрук, Т., и Уильямс, А. (2007). Естественное образование корки в хранилищах жидкого навоза как мера по сокращению выбросов аммиака на молочных фермах. Biosys. Англ. 97, 464–471. DOI: 10.1016 / j.biosystemseng.2007.03.037

CrossRef Полный текст

Сун, С., и Лю, Т. (2003). Подавление аммиаком термофильного анаэробного переваривания. Chemosphere 53, 43–52. DOI: 10.1016 / S0045-6535 (03) 00434-X

CrossRef Полный текст

Свишер, К.Дж. (2006). «Мировой рынок продуктов переработки» в Essential Rendering: Все об отрасли побочных продуктов животного происхождения (ISBN: 0965466035) , изд. Д. Л. Микер (Вирджиния: Kirby Lithographic Company, Inc.), 213–228.

Тахерипур, Ф., Хертель, Т., Тайнер, У. Э. и Бекман, Дж. Ф. (2010). Биотопливо и его побочные продукты: глобальные экономические и экологические последствия. Biomass Bioeng. 34, 278–289. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2009.10.017

CrossRef Полный текст

Тамбоне, Ф., Scaglia, B., D’Imporzano, G., Schievano, A., Orzi, V., Salati, S., et al. (2010). Оценка улучшающих свойств и удобрений дигестатов, полученных в результате анаэробного переваривания, посредством сравнительного исследования с переваренным илом и компостом. Chemosphere 81, 577–583. DOI: 10.1016 / j.chemosphere.2010.08.034

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Томей, М. К., Брагулия, К. М., Ченто, Г. и Минини, Г. (2009). Моделирование анаэробного сбраживания ила. Крит. Rev. Environ. Sci. Technol. 39, 1003–1051. DOI: 10.1080 / 10643380801977818

CrossRef Полный текст

Тонини Д., Мартинес-Санчес В. и Аструп Т. Ф. (2013). Материальные ресурсы, энергия и регенерация питательных веществ из отходов: являются ли мусороперерабатывающие заводы решением на будущее? Environ. Sci. Technol. 47, 8962–8969. DOI: 10.1021 / es400998y

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Vaneeckhaute, C., Меерс, Э., Михельс, Э., Гекьер, Г., Акко, Ф., и Тэк, Ф. М. Г. (2013). Замыкание цикла питательных веществ за счет использования производных отходов биологического переваривания в качестве заменителей синтетических удобрений: полевой эксперимент. Биомасса Биоэнергетика 55, 175–189. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2013.01.032

CrossRef Полный текст

Ван, Дж. Ю., Карденас, Л. М., Миссельбрук, Т. Х., Каттл, С., Торман, Р. Э. и Ли, К. С. (2012). Моделирование выбросов закиси азота в системах пастбищных пастбищ. Environ. Загрязнение. 162, 223–233. DOI: 10.1016 / j.envpol.2011.11.027

Pubmed Реферат | Pubmed Полный текст | CrossRef Полный текст

Ван Дж. Ю., Хоббс П., Чедвик Д. и Батлер А. (2011). Моделирование выбросов N 2 O биогазового дигестата для использования в качестве удобрения с использованием DNDC . Лондон: Группа специалистов по моделированию сельскохозяйственных исследований.

Ян, Ю. Л., Чжан, П. Д., и Ли, Г. К. (2012). Региональная дифференциация развития биогазовой промышленности в Китае. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 16, 6686–6693. DOI: 10.1016 / j.rser.2012.07.016

CrossRef Полный текст

Zheng, Y.H., Li, Z.F., Feng, S.F., Lucas, M., Wu, G.L., Li, Y., et al. (2010). Использование энергии биомассы в сельских районах может способствовать смягчению энергетического кризиса и глобального потепления: пример из типичной агро-деревни Шаньдун, Китай. Обновить. Поддерживать. Energy Rev. 14, 3132–3139. DOI: 10.1016 / j.rser.2010.07.052

CrossRef Полный текст

Биогаз и анаэробное сбраживание | Vogelsang USA

Объективно биогаз считается легковоспламеняющимся побочным продуктом анаэробной ферментации органических веществ.Биогаз — один из самых гибких элементов в сочетании возобновляемых источников энергии. Его можно хранить в виде тепла или электричества, чтобы можно было использовать энергию, когда это необходимо. Такая гибкость делает биогаз идеальным дополнением к солнечной или ветровой энергии, надежность которых колеблется, и их трудно регулировать.

Vogelsang предлагает надежные компоненты для экономичного производства биогаза. От насосной техники до мацерации, технологии дезинтеграции и систем подачи твердых веществ, Vogelsang предлагает обширный портфель биогазовых технологий для всего диапазона ферментации.Вот почему мы видим себя партнерами в секторе биогаза. Вместе с нашими клиентами мы постоянно развиваем нашу биогазовую технологию, адаптируя ее к текущим изменениям в основных условиях, чтобы предоставить решения для эффективного производства биогаза. Важным аспектом этого является индивидуальный анализ каждой биогазовой установки. Это единственный способ найти и полностью реализовать потенциал для оптимизации.

Международная ситуация в биогазовой отрасли

Сегодня только в Германии насчитывается около 10 000 биогазовых установок (в зависимости от используемого метода подсчета), обеспечивающих электроэнергией население — по всей Европе их более 17 000.Средний размер биогазовой установки различается от страны к стране в зависимости от типа используемой биомассы. Это означает, что в некоторых странах особенно приветствуются небольшие биогазовые установки. В Германии это установки с максимальной мощностью до 75 кВтэл, которые перерабатывают почти исключительно сельскохозяйственные отходы. С другой стороны, есть также крупные электростанции, вырабатывающие несколько мегаватт (МВт). Исходными материалами являются переработанные возобновляемые материалы, а также бытовые органические отходы и пищевые отходы.

Применение на биогазовых установках

Биогазовая установка сконструирована таким образом, чтобы обеспечивать оптимальные условия для производства биогаза: биомасса хранится в больших контейнерах («варочных котлах»), где она ферментируется в отсутствие света и кислорода.Эта анаэробная ферментация проходит в четыре этапа, во время которых каждая специализированная бактерия шаг за шагом преобразует биомассу, производя биогаз. Эти «этапы» (также называемые «фазами») следующие:

  • Первый этап: гидролиз (переваривание сырья)
  • Второй этап: ацидогенез (подкисление)
  • Третий этап: ацетогенез (образование уксусной кислоты)
  • Четвертый этап: метаногенез (образование метана)

Сам биогаз состоит в основном из метана и диоксида углерода, а также из множества других газов, таких как сероводород, азот, кислород и аммиак.В конце процесса ферментации у вас остается «дигестатный» остаток ферментации, который можно использовать в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Это завершает естественный цикл; биогаз не имеет других побочных продуктов, поэтому он очень экологичен.

Биогаз: бетонная корова

Принимая во внимание этапы процесса, описанные выше, есть большое сходство с пищеварительной системой коровы — вот почему биогазовая установка также известна как конкретная корова. Как в биогазовой установке, так и в пищеварительной системе жвачных животных бактерии превращают биомассу в энергию.Процесс на современных биогазовых установках, известный как «подготовка субстрата», эквивалентен жеванию коровы. Гидролиз происходит в первом желудке коровы (рубце). Затем в сычуге и сычуге происходит подкисление и образование уксусной кислоты, тогда как энергия вырабатывается (то есть всасывается в организм коровы) в тонком и толстом кишечнике, а также в аппендиксе. Еще одно поразительное сходство — твердый исходный материал (подложка). Как и их коровы, многие фермеры кормят свои биогазовые установки возобновляемыми материалами, такими как кукурузный силос и травяной силос.

Элементы биогазовой установки

Важными основными элементами каждой биогазовой установки являются:

  • Подача субстрата / твердых веществ
  • Бак варочного котла
  • Смесители для смешивания в варочных котлах
  • Хранение газа
  • Хранение остатков ферментации для оставшегося сброженного материала
  • Утилизация биогаза обычно используется для когенерационной установки или, реже, для обработки и хранения газа в сети

Когенерационная установка — это газовый двигатель, который соединен с генератором, который вырабатывает электричество (мощность) из энергии биогаза.Смесители необходимы, потому что только они могут создать оптимальные условия для производства биогаза, когда варочный котел перемешан хорошо и равномерно. Целью подачи твердого вещества является введение твердой биомассы в варочный котел. В идеале это делается с низким энергопотреблением и безотказной работой вне зависимости от вида биомассы.

Твердое вещество, которое можно использовать в биогазовой установке, зависит от нескольких факторов. По сути, органическое содержимое должно быть очень плотным, так как только оно может быть преобразовано в биогаз.Время удерживания также должно соответствовать используемому твердому веществу. Время удерживания относится к среднему времени, которое биомасса проводит в варочном котле, пока не вытечет. Если это время слишком мало, бактерии не успевают расщепить большую часть твердого вещества по мере необходимости. В результате энергия, содержащаяся в биомассе, используется не полностью. С технологической точки зрения это не проблема, но влияет на рентабельную работу биогазовой установки. Материалы с высокими энергозатратами также не обеспечивают автоматически наиболее экономичный выход.Также необходимо учитывать стоимость входящего материала и фактическую энергию, которую он может обеспечить. Наконец, для выбранной биомассы необходимо запросить официальное разрешение.

Влажное брожение и сухое брожение — два метода брожения

Биогазовые установки часто классифицируются по различным аспектам. Например, различают влажное брожение и сухое брожение. Во время влажного брожения твердое вещество смешивается с жидкостью.Получающаяся в результате органическая суспензия обычно является текучей и перемещается с помощью насосов. Во время сухой ферментации штабелируемая биомасса упаковывается в «коробчатый варочный котел» или «гаражный варочный котел», а затем опрыскивается жидкостью («перколятом»). Утечка перколята из нижней части собирается и повторно наносится на верхнюю часть биомассы. Это облегчает процесс ферментации и, следовательно, позволяет производить биогаз. Этот тип растений не так широко используется и в основном используется для ферментации органических отходов, таких как зеленые черенки или пищевые отходы из домашних хозяйств.

Биогазовые установки и биометановые установки — важно то, что получается

Еще одно различие — биогазовые установки по сравнению с биометановыми установками. Оба завода производят биогаз. На биогазовых установках этот биогаз немного обрабатывается, а затем преобразуется непосредственно в электричество и тепло в соседней когенерационной установке. Биометановые установки перерабатывают биогаз настолько тщательно, что, как и природный газ, он почти полностью состоит из метана. Таким образом, этот биометан можно подавать непосредственно в сеть природного газа, где его можно транспортировать и сжигать там, где требуется энергия.

Заводы по переработке отходов: разумное использование органических отходов

Другая распространенная классификация основана на используемой биомассе. Он различает заводы коферментации или заводы по переработке отходов и заводы по производству возобновляемых материалов. Термин «установка коферментации» восходит к первым дням биогазового бума в Германии. Фермеры построили системы, в которых они хотели вырабатывать и использовать энергию, которая все еще находилась в жидком навозе, в виде биогаза. Вскоре они поняли, что могут производить гораздо больше биогаза, если они также добавят в жидкий навоз косубстраты, такие как несъеденные продукты, зерно или органические отходы.Это привело к появлению термина «установка коферментации» для биогазовых установок, которые сбраживают промышленные остатки и отходы, а также сельскохозяйственные отходы, такие как жидкий навоз и навоз. Со временем доля этих сельскохозяйственных биогазовых установок, сбраживающих отходы, резко сократилась. Вместо этого было построено множество промышленных предприятий по переработке бытовых, коммерческих и промышленных отходов. Во время этого развития термин «мусороперерабатывающий завод» стал использоваться для биогазовых заводов, на которых ферментируются органические отходы.

Заводы по производству возобновляемых материалов — что это такое и чем они отличаются

Термин «завод по производству возобновляемых материалов» появился в период, когда правительство решило стимулировать ферментацию возобновляемых материалов, в частности, энергетических культур. Помимо сельскохозяйственных отходов, эти биогазовые установки могут сбраживать только возобновляемое сырье. Сельскохозяйственные отходы обычно представляют собой навоз и жидкий навоз. Типичные возобновляемые материалы (энергетические культуры):

  • Кукуруза (кукуруза) и травяной силос,
  • GPS (силос из цельного урожая)
  • Такие культуры, как картофель, репа и т. Д.при условии, что они предназначены / не предназначены для производства пищевых продуктов.

Этот вид растений широко распространен в Германии. На них распространяются особые правила и гранты, предусмотренные Законом о возобновляемых источниках энергии (EEG). Для многих сельскохозяйственных предприятий они являются достаточно предсказуемым и надежным источником дохода.

Когда все эти моменты приняты во внимание, на биогазовой установке должна быть установлена ​​подходящая технология подачи твердого вещества, которая может экономично питать биомассу. Жидкие отходы сельского хозяйства, такие как навоз и глицерин или остатки жироуловителей, обычно можно перекачивать непосредственно в метантенк с помощью насосов.Поскольку это часто означает отходы, содержащие посторонние предметы, такие как камни, металлические части и примеси (например, дерево, ленты и т. Д.), Мы рекомендуем использовать мацераторы и сепараторы посторонних предметов, чтобы уменьшить количество материала до приемлемого уровня.

Гигиена
IQ series и RotaCut от Vogelsang

При использовании исходных материалов, подпадающих под действие правил гигиены, требуется глубокая очистка, чтобы гарантировать уничтожение любых паразитов, вирусов или бактерий, содержащихся в материале, которые могут представлять угрозу для окружающей среды. .Это особенно относится к субстратам животного происхождения, таким как отходы скотобойни и пищевые отходы. Наиболее распространенная процедура заключается в нагревании входящего материала до температуры не менее 70 ° C в течение одного часа, а затем его мацерации до размера макс. 12 мм. Проверенные системы для этого процесса — контактные измельчители в сочетании с поршневыми насосами прямого вытеснения. Поршневые насосы Vogelsang часто безопасно перекачивают вязкие и абразивные отходы, в то время как сотовое сито диаметром 12 мм в мацераторе RotaCut обеспечивает уменьшение всех элементов до максимально допустимого размера.Специальные опции гарантируют, что исходный материал не попадет через мацератор без обработки.

Процесс подачи нетекучей биомассы

Биогазовые установки в основном питаются нетекучими твердыми веществами (также называемыми субстратами). Процессы кормления можно условно разделить на две категории: кормление сухим твердым веществом и кормление жидкостью. Для подачи сухого твердого вещества исходные материалы загружаются непосредственно в варочный котел. Подающие шнеки являются наиболее часто используемым методом подачи твердого вещества вверх и на органическую суспензию.Основное преимущество этой технологии — относительно невысокие инвестиционные затраты. Однако твердые вещества должны перемешиваться смесителями в варочном котле, что возможно только при очень высоких уровнях энергии. Кроме того, этот метод не полностью подходит для длинноволокнистых субстратов (например, соломы или сельскохозяйственных отходов, таких как навоз).

При жидком кормлении биомасса сначала смешивается с жидкой суспензией, дигестатом или так называемым рециркулятом из варочного котла. Этот процесс также называют затиранием.Полученное кормовое сусло затем направляется в камеру для брожения (обычно это означает перекачивание). Преимущества этой процедуры заключаются в том, что биомасса поступает в варочный котел в жидкой форме, и для смешивания требуется значительно меньшее потребление энергии с содержанием варочного котла, которое хорошо смешивается с органической суспензией. Если твердое вещество также обрабатывается одновременно, снижение потребности в энергии также сопровождается увеличением газообразования. Это также значительно снижает распространенную проблему, связанную с образованием плавающих слоев.

PreMix — решение 4-в-1 для жидкого кормления

В качестве альтернативы существуют системы жидкого кормления, которые, помимо возобновляемых материалов, также могут использоваться для подачи органических отходов с очень разными свойствами. Многие биогазовые установки полагаются на такие системы. Это связано либо с тем, что они также хотят использовать такие культуры, как картофель или свеклу, в дополнение к классическим возобновляемым материалам, либо потому, что используемая биомасса имеет чрезвычайно изменчивые свойства (например, пищевые отходы или бытовые органические отходы).Другие биогазовые установки реагируют очень гибко, потому что они скупают биомассу, имеющуюся в настоящее время на рынке, на выгодных условиях. Такие системы, как PreMix, разработаны для таких биогазовых установок. Они могут надежно, легко и хорошо измельчить множество различных типов биомассы в варочный котел, отвечая основным требованиям для экономичной эксплуатации этих биогазовых установок.


Загрузки

Вы ищете для загрузки информацию о компании Vogelsang и ее продукции? Вы можете найти их в нашем центре загрузки.

Рынок

биогазовых установок оценивается в 7,71 миллиарда долларов США при среднегодовом темпе роста 14,7%;

Пуна, Индия, 21 июля 2021 г. (GLOBE NEWSWIRE) — Согласно прогнозам, к 2027 году объем мирового рынка биогазовых установок достигнет 7,71 млрд долларов США, а в течение прогнозируемого периода CAGR составит 14,7%. Расширение использования источников биоэнергии будет основным фактором роста этого рынка, отмечает Fortune Business Insights ™ в своем отчете, озаглавленном « Рынок биогазовых установок. Размер, доля и анализ воздействия COVID-19 по сырью (биологические отходы, сельскохозяйственные остатки). , Энергетические культуры и другие), по типу реактора (влажный анаэробный реактор и сухой анаэробный реактор), по применению (производство электроэнергии, выработка тепла, транспортировка и другие) и региональный прогноз на 2020-2027 годы ».Растущие опасения по поводу растущих уровней выбросов во всем мире активизировали глобальные усилия по переходу на чистые источники энергии.

Биогаз, составляющий часть биоэнергетики, рассматривается как важный инструмент, способствующий этому переходу. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), 67% мирового спроса на электроэнергию будет удовлетворяться за счет возобновляемых источников энергии к 2040 году, из которых примерно 40% будут приходиться на солнечную и ветровую энергию, а на долю биоэнергетики и гидроэнергии придется около 25%. Сценарий официальной политики МЭА прогнозирует, что доля биоэнергетики увеличится с нынешних 5% до 12% к 2040 году, в то время как его Сценарий устойчивого развития предусматривает увеличение доли до 20% к 2040 году.Биогазовые установки составят основу внедрения биоэнергетики в следующие несколько десятилетий, что сулит хорошие перспективы для этого рынка.

Образец запроса в формате PDF: https://www.fortunebusinessinsights.com/enquiry/request-sample-pdf/biogas-plant-market-104667

Согласно результатам отчета, в 2019 г. Рыночная стоимость завода в 2019 году составила 5,05 млрд долларов США. Среди других особенностей отчета:

  • Всестороннее понимание общих тенденций и перспектив отрасли;
  • Микроскопическая оценка рыночных драйверов, сегментов и ограничений;
  • Целостный анализ регионального развития рынка; и
  • Всестороннее изучение конкурентной среды на рынке биогазовых установок.

Движущий фактор

Активизация текущих биогазовых проектов в условиях COVID-19 для создания новой энергии на рынке

Рост рынка биогазовых установок, вероятно, выиграет от оказываемой региональной и международной поддержки для завершения биогазовых проектов, которые уже реализуются в разных частях мира. Например, в Южной Африке проект по переработке отходов в энергию, финансируемый Глобальным экологическим фондом (ГЭФ) и Организацией промышленного развития ООН (ЮНИДО) для повышения осведомленности о преимуществах биогаза, был приостановлен из-за вспышки пандемии COVID-19. .

Однако руководители проектов обеспечили установку варочных котлов на объекте, несмотря на то, что мониторинг ведется удаленно. В Сенегале отменен налог на добавленную стоимость на возобновляемые источники энергии, в том числе на биогазовое оборудование. Кроме того, правительства также активно расширяют мощности по производству биогаза в своих странах. Например, в декабре 2020 года Министерство нефти и природного газа Индии подписало соглашение с JBM Renewables о строительстве 500 проектов по производству сжатого биогаза в стране.Однако сбои в цепочке поставок и сокращение инвестиций из-за коронавируса препятствовали росту этого рынка биогазовых установок в 2020 году.

Нажмите здесь, чтобы узнать о краткосрочном и долгосрочном влиянии COVID-19 на этот рынок биогазовых установок.

Посетите: https://www.fortunebusinessinsights.com/biogas-plant-market-104667

Отчет о рынке биогазовой установки Объем и сегментация:

Охват отчета
35
Подробности
Период прогноза 2020-2027
Период прогноза 2021-2028 CAGR 14.7%
2027 Прогноз стоимости 7,71 млрд долларов США
Базовый год 2019
Объем рынка в 2020 году 5,05 млрд долларов США
911 911 Исторические данные для 911 2016 г.
Число страниц 220
Охваченные сегменты Сырье, тип варочного котла, приложение
Драйверы роста Активизация текущих биогазовых проектов в условиях COVID-19 для создания новой энергии на рынке
Высокая производственная мощность для стимулирования роста рынка в Европе

Ловушки и проблемы

Высокие первоначальные инвестиции для создания заводов могут препятствовать росту рынка

Региональные показатели

35

35

35

35 Стимулируйте рост рынка в Европа

Европа доминирует на рынке биогазовых установок, ее размер составляет 3 доллара США.46 миллиардов в 2019 году. Основная причина завидного положения региона в этом пространстве — повсеместное присутствие на континенте биогазовых установок. Например, Европейская биогазовая ассоциация оценивает, что к концу 2019 года в Европе действовало более 18000 заводов по производству биогаза.

Ожидается, что увеличение инвестиций в возобновляемые источники энергии и массовое производство органических отходов станут двумя основными факторами, способствующими росту рынок в Азиатско-Тихоокеанском регионе.С другой стороны, рынок Северной Америки, по прогнозам, получит множество прибыльных возможностей в течение прогнозируемого периода из-за сильного присутствия биогазовых установок во всех 50 штатах США.

Получите индивидуальный отчет: https://www.fortunebusinessinsights.com/enquiry/customization/biogas-plant-market-104667

Конкурентный ландшафт

Географическая экспансия будет основным фактором роста Стратегия для участников рынка

Компании, работающие на этом рынке биогазовых установок, неуклонно расширяют свое присутствие в разных географических регионах, чтобы расширить горизонты своего международного бизнеса.В дополнение к этому ключевые игроки также участвуют в сотрудничестве с другими конкурентами, а также с государственными учреждениями, чтобы получить дополнительное конкурентное преимущество.

Развитие отрасли:

  • Июнь 2020 г .: EnviTec Biogas AG дебютировала на эстонском газовом рынке с двойным заказом на свои газоперерабатывающие установки EnviThan. Несмотря на то, что компания уже построила семь биогазовых заводов в Латвии, установки по модернизации газа являются новой технологией для стран Балтии, что дает EnviTec фору в этом регионе.
  • Февраль 2020 г .: Brightmark объявила о расширении своего проекта по производству молочного биогаза в западном Нью-Йорке под названием Yellowjacket. В партнерстве с шестью фермами по всему региону проект будет извлекать метан из производимого за день молочного навоза и преобразовывать его в возобновляемый природный газ.

Список ключевых компаний, участвующих в обзоре рынка биогазовых установок:

  • Agrinz Technologies GmbH (Австрия)
  • IES BIOGAS S.rl (Италия)
  • Thoni (Австрия)
  • StormFisher (Канада)
  • AB HOLDING SPA (Италия)
  • Ameresco (США)
  • Scandinavian Biogas Fuels International AB (Швеция)
  • PlanET Biogas Global GmbH (Германия)
  • FINN BIOGAS (Австралия)
  • Naskeo Environnement SA (Франция)
  • Strabag (Австрия)
  • RENERGON International AG (Швейцария)
  • Quantum Green (Индия)
  • EnviTec Biogas AG (Германия)
  • WEL )
  • Future Biogas Limited (U.K)

Быстрая покупка — Рынок биогазовых установок: https://www.fortunebusinessinsights.com/checkout-page/104667

Основное содержание:

  • Введение
      Объем исследования
    • Сегментация рынка
    • Методология исследования
    • Определения и предположения
  • Краткое содержание
  • Динамика рынка биогазовой установки
    • Движущие силы рынка
    • Ограничения рынка
      • Ключевые новые тенденции — для основных стран
      • Ключевые изменения: слияния, поглощения, партнерство и т. Д.
      • Последние технологические достижения
      • Нормативно-правовая база
      • Анализ пяти сил Портерса
    • Качественный анализ — Влияние COVID-19
      • Влияние COVID-19 на рынок биогазовых установок
      • Меры, предпринятые правительством влияние
      • Ключевые изменения в отрасли в ответ на COVID-19
      • Потенциальные возможности и проблемы, связанные со вспышкой COVID-19
    • Анализ мирового рынка биогазовых установок (млрд долларов США), аналитическая информация и прогноз, 2016-2027 годы
      • Ключевые выводы / Резюме
      • Анализ рынка, выводы и прогнозы — По сырью
        • Биоммунальные отходы
        • Остатки сельского хозяйства
        • Энергетические культуры
        • Прочие
      • Анализ рынка и завод Прогноз — по типу метантенка
        • Влажный анаэробный раствор stion
        • Сухое анаэробное сбраживание
      • Анализ рынка, аналитическая информация и прогноз — по приложениям
        • Производство электроэнергии
        • Производство тепла
        • Транспорт
        • Прочее
      • Анализ рынка биогаза Регион
        • Северная Америка
        • Европа
        • Азиатско-Тихоокеанский регион
        • Ближний Восток и Африка
        • Латинская Америка

    TOC Продолжение…!

    Обратитесь к нашему аналитику — https: // www.fortunebusinessinsights.com/enquiry/speak-to-analyst/biogas-plant-market-104667

    Ознакомьтесь с результатами исследований по теме:

    Объем рынка буровых услуг , Анализ воздействия на акции и COVID-19, Автор Услуги (наклонно-направленное бурение {измерения во время бурения, каротаж во время бурения, поворотная управляемая система, бурение с помощью гироскопа, магнитное бурение и другие} и ненаправленное бурение), по применению (на суше и на море {мелководье, глубоководье и сверхглубокие воды} ), По конечным пользователям (нефть и газ, горнодобывающая промышленность, разведка водных ресурсов и др.) И региональный прогноз, 2020-2027 гг. 66 кВ — 170 кВ, 170 кВ — 550 кВ и выше 550 кВ), по установке (внутри и снаружи), по конечным пользователям (коммунальные, промышленные, коммерческие и другие) и региональный прогноз на 2019-2026 годы.

    Размер рынка автомобильных топливных элементов , Анализ воздействия на долю и COVID-19, по типу (протонообменный мембранный топливный элемент (PEMFC), топливный элемент на фосфорной кислоте (PAFC) и другие), по номинальной мощности (ниже 100 кВт, 100-200 кВт и более 200 кВт), по транспортным средствам (легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили (LCV), автобусы и грузовики) и региональный прогноз, 2021-2028 гг.

    Размер рынка устройства повторного включения , Анализ доли и отрасли, По фазе (однофазная, трехфазная, другие), по управлению (электрическая, гидравлическая, другие), по напряжению (низкое напряжение, среднее напряжение, высокое напряжение), по типу прерывания (масло, вакуум) и региональному прогнозу, 2019-2026

    Размер рынка газификации , Доля и анализ воздействия COVID-19, по сырью (уголь, нефть, природный газ и биомасса / отходы), по применению (химическая промышленность, жидкое топливо, энергия и газообразное топливо), и региональный прогноз, 2020-2027 гг.

    О нас:

    Fortune Business Insights ™ предоставляет точные данные и инновационный корпоративный анализ, помогая организациям любого размера принимать правильные решения.Мы разрабатываем новаторские решения для наших клиентов, помогая им решать различные задачи, характерные для их бизнеса. Наша цель — предоставить им целостную информацию о рынке, предоставляя детальный обзор рынка, на котором они работают.

    Свяжитесь с нами:

    Fortune Business Insights ™ Pvt. Ltd.

    308, штаб-квартира Supreme,

    Survey No. 36, Baner,

    Pune-Bangalore Highway,

    Pune — 411045, Махараштра, Индия.

    Телефон:

    США: +1424 253 0390

    Великобритания: +44 2071 939123

    APAC: +91 744 740 1245

    Электронная почта: [email protected]

    LinkedIn: 910 //www.linkedin.com/company/fortune-business-insights

    Facebook: https://www.facebook.com/FortuneBusinessInsightsPvtLtd

    Читать пресс-релиз https: // www.fortunebusinessinsights.com/press-release/global-biogas-plant-market-10462


    Руководство по развитию биогазовой установки • BiogasWorld

    Цель этого справочника — предоставить читателю общий план развития проекта, чтобы помочь ему / ей через сложные задачи планирования, проектирования, закупки, получения разрешений, строительства и эксплуатации эффективной и жизнеспособной биогазовой установки.

    Обратите внимание, что это руководство будет регулярно пополняться новыми материалами о биогазе, анаэробном сбраживании и лучших практиках нашей отрасли.

    Наша фирма более 12 лет занимается продажей биогазовой инженерии в различных сельскохозяйственных, агропродовольственных и муниципальных секторах управления органическими отходами. Я постоянно удивляюсь, обнаруживая, что важные проекты биогазовых установок страдают от неправильного планирования и проектирования, что приводит к неоптимальной работе и экономичности биогазовых установок. Большинство этих легко предотвратимых ошибок вызвано первоначальным неправильным представлением, отсутствием знаний и информации по вопросам проектирования биогазовых установок.

    Существует множество отличных публикаций по анаэробному сбраживанию и использованию биогаза, но очень мало публикаций по биогазовой инженерии и разработке биогазовых проектов в целом.

    Я помню свои ранние годы работы инженером по биогазу, когда я был увлечен этим предметом и проглотил огромное количество технической информации по анаэробному сбраживанию и использованию биогаза. С годами эти технические аспекты отошли на второй план, поскольку я сосредоточил свою работу на столь же сложных вопросах, как планирование проектов, финансирование, закупки, выдача разрешений, политика и эксплуатация. Именно этим предметам уделяется основное внимание в данном справочнике.

    Это руководство было написано для публикации в виде постоянно развивающихся статей с гиперссылками на веб-сайте ( BiogasWorld ) или в виде отдельной электронной книги, потому что этого требует быстро развивающаяся биогазовая промышленность.

    Я надеюсь, что вы получите удовольствие от чтения и найдете ценную информацию, которая поможет вам спроектировать, построить и эксплуатировать более совершенную биогазовую установку.

    Эрик Камиранд, P.Eng.

    Это руководство написано для читателей, узнающих себя в одном из следующих утверждений:

    • Вы эксплуатируете биогазовую установку и задаетесь вопросом, почему она работает плохо, и пытаетесь найти конкретные решения этих проблем?

    Если вы указали себя в одном из этих заявлений, официально считается, что вы прокляты с бесконечным желанием получить дополнительную информацию по теме разработки и эксплуатации биогазовой установки.

    Это руководство было написано для того, чтобы помочь вам извлечь максимальную пользу из вашего затруднительного положения.

    2. Зачем строить биогазовые установки?

    Почему бы вам не разбогатеть, превращая органические отходы в возобновляемые источники энергии и удобрения, сокращая при этом общие экологические проблемы, связанные с их удалением?

    На самом деле существует три (3) причины, по которым люди строят биогазовые установки:

      • Соответствие нормативам

    За пределами этой реальности существует убийственный вопрос, который часто задают: «Почему не компост ? Разве это не дешевле? »

    Простой ответ: «Это зависит от обстоятельств.(Хотя и не очень полезный). На самом деле просто ответить на этот вопрос сложно. Каждый проект имеет свои собственные нормативные требования, энергетический рынок и местные экологические реалии, которые влияют на выбор между компостированием или анаэробным сбраживанием.

    В целом, компостирование на открытом воздухе дешевле при небольших объемах твердых органических отходов (менее 10 000 тонн в год). Помимо этого, необходимо провести тщательное технико-экономическое обоснование , чтобы измерить проблемы и возможности каждой технологии обработки органических отходов.

    Анаэробное сбраживание и компостирование часто играют друг против друга. В действительности эти технологии дополняют друг друга и часто должны разрабатываться совместно, чтобы использовать сильные стороны каждой из них.

    Нормативный

    Существует три (3) основных регуляторных фактора, стимулирующих развитие биогазовых установок:

    • Политика в отношении парниковых газов (ПГ)
    • Политика в области возобновляемых источников энергии
    • Политика утилизации

    Несмотря на свои системы улавливания биогаза, свалки выбрасывают в атмосферу значительное количество летучего метана, что способствует выбросам парниковых газов.Кроме того, захоронение органических веществ не соответствует типичной политике утилизации, которая гласит, что отходы должны быть сокращены, повторно использованы и переработаны (3R) до окончательного захоронения, поскольку органические отходы в этом сценарии не возвращаются на землю.

    По этим причинам политика по выбросам парниковых газов и рециркуляции обычно ведет к запрету захоронения органических отходов и, следовательно, к компостированию и / или анаэробному сбраживанию органических отходов.

    Политика в области возобновляемых источников энергии, такая как Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии (RPS), установленные во многих штатах и ​​странах, вынуждают энергетические компании производить определенный процент своей энергии из возобновляемых источников.Эти коммунальные предприятия постоянно ищут доступные возобновляемые источники энергии, такие как энергия биогаза.

    Экономические возможности

    Биогазовые установки создают экономические возможности на рынках, где затраты на электроэнергию и / или затраты на удаление отходов относительно высоки. Поскольку органическая фракция твердых бытовых отходов может составлять приблизительно 50% массы ТБО, становится экономически интересным направить органическую фракцию из обычного захоронения в сторону анаэробного сбраживания.

    Переработка органических отходов на биогазовой установке может помочь снизить затраты на утилизацию отходов. Производство биогаза из органических отходов может помочь в производстве доступной возобновляемой энергии. В совокупности эти возможности стимулируют развитие биогазовых проектов.

    Например, малые островные страны могут получить большую выгоду от биогазовых установок, поскольку они часто вырабатывают дорогую и грязную электроэнергию с помощью дизельного топлива (0,50 долл. США + / кВтч) и сталкиваются со значительными проблемами при утилизации своих отходов.

    Безумие

    Некоторые биогазовые установки строятся без уважительных причин, главным образом из-за чистого безумия и / или эгоистических побуждений. Большинство разработчиков этих проектов не замечали основных основ биогазовых проектов, которые будут обсуждаться позже в этом справочнике.

    Эти плохо спланированные и выполняемые проекты приводят к созданию биогазовых установок с низкой производственной и экономической эффективностью и, в целом, наносят ущерб отрасли.

    3. Анаэробное сбраживание

    Анаэробное сбраживание — это естественный бактериальный процесс, с помощью которого консорциум анаэробных бактерий биоразлагает органические вещества в среде без кислорода.

    Для развития этих бактерий требуется благоприятная среда. Правильная температура, недостаток кислорода, правильное кормление, кислотность и перемешивание являются ключом к эффективному анаэробному пищеварению.

    Процесс анаэробного сбраживания происходит в оборудовании, называемом анаэробными метантенками или, короче, метантенками. Автоклавы должны подаваться как можно постоянно, независимо от колебаний исходного сырья.

    Несколько типов бактерий работают вместе, превращая легкоусвояемые летучие твердые вещества исходного сырья в биогаз.Хотя большинство сырья состоит в основном из воды, вы не можете получить биогаз с водой. Вы производите биогаз из легкоусвояемой фракции твердых веществ в исходном сырье.

    Хотя лигноцеллюлозный материал, такой как древесина, содержит много летучих твердых веществ (выгорающих), эти твердые вещества не усваиваются в анаэробном варочном котле.

    Преобразование твердых частиц в биогаз делает субстрат более жидким. Вот почему можно подавать твердое сырье в варочные котлы, не забивая их.

    Биогаз состоит в основном из метана и диоксида углерода.

    4. Основы биогазовой установки

    Неопытные разработчики биогаза часто сосредотачивают свои усилия на технических аспектах, а не на фундаментальных принципах проекта.

    Технология Выбор всегда вторичен по отношению к установлению следующих основ:

    Количество и состав сырья должны быть хорошо известны и контролироваться разработчиком проекта.Без надлежащего сырья нет биогазового проекта.

    На биогазовую энергию должен быть заказчик. Если его нет, вы можете просто компостировать материал.

    Биогазовые установки превращают только 10% перерабатываемой массы в биогаз. Остальные 90% массы, подаваемой в варочный котел, получают в виде удобрения, называемого дигестатом. У проекта должен быть долгосрочный недорогой выход для этого дайджестата, иначе проект не увенчается успехом.

    Наконец, проект должен быть рентабельным.Это означает, что инвестиции, операционные расходы и доходы должны быть предсказуемыми и сбалансированными, чтобы проект мог обеспечить его финансирование.

    Если какой-либо из этих фундаментальных принципов окажется недостаточным, таблица наклонится и сделает жизнеспособность проекта трудной или невозможной. Выбор технологии является результатом этих основ.

    5. Биогазовая установка Здоровье и безопасность

    Как и при любой другой промышленной деятельности, на биогазовых установках случаются аварии, в результате которых люди получают травмы или умирают. Эти аварии не только причиняют вред людям, но и отбрасывают назад биогазовую промышленность в целом.Важно, чтобы здоровье и безопасность биогазовых установок стали неотъемлемой ценностью всех проектировщиков, строителей и операторов биогазовых установок, а также широкой общественности. Очевидно, что проектировщики и операторы станции должны работать рука об руку, чтобы выявлять риски для здоровья и безопасности и принимать меры по их снижению.

    Биогазовые установки часто воспринимаются как опасная инфраструктура, потому что они имеют впечатляющие резервуары, содержащие биогаз. В целом население ошибочно опасается взрывов, потому что предполагается, что эти резервуары полностью заполнены сжатыми взрывоопасными газами, хотя на самом деле они заполнены в основном сточными водами, и только верхняя часть резервуара содержит биогаз с давлением, близким к атмосферному.

    Риски для здоровья и безопасности, связанные с биогазовой установкой

    Все следующие риски можно легко снизить, если охрана здоровья и безопасности будет отражена на всех этапах разработки биогазового проекта:

    • Пожар
    • Взрыв
    • Опасности замкнутого пространства
    • Отравление газом (h3S, Nh4)
    • Гидравлический отвод
    • Утечка газа или жидкости под высоким давлением
    • Вращающееся механическое оборудование
    • Возбудители (болезни)
    • Опасности в электрической системе

    Этап проектирования Здоровье и безопасность

    Этап проектирования имеет решающее значение для общей безопасности биогазовой установки.Первая линия защиты исходит из различных норм и кодексов, которые призваны защищать здоровье и безопасность населения. Следуя установленным нормам, таким как CSA, NFPA, OSHA, Строительные нормы и т. Д., Проектировщик обеспечивает безопасность установки для операторов.

    Правильная классификация взрывоопасных зон важна для обеспечения соответствия установленной электрической системы риску взрыва. Как правило, трубопроводы и оборудование для биогаза размещаются вне зданий, чтобы избежать использования дорогостоящего взрывозащищенного оборудования и зданий.

    Следует по возможности избегать создания замкнутого пространства на этапе проектирования, чтобы обеспечить безопасную и простую в эксплуатации среду для рабочих. Кроме того, необходимо разработать надлежащую вентиляцию для обеспечения здоровья и комфорта операторов биогазовой установки.

    Кроме того, операционная деятельность должна быть понята на этапе проектирования, чтобы идентифицировать различные риски, которые могут возникнуть в результате эксплуатации. Для выявления, количественной оценки и поиска стратегий снижения рисков необходимо выполнить анализ рисков, такой как «что, если» и HAZOP.

    Здоровье и безопасность на этапе строительства

    Как и любое другое промышленное строительство, строительство биогазовой установки требует надлежащего планирования и мер на месте для обеспечения здоровья и безопасности рабочих, строящих установку.

    Для обеспечения соблюдения установленных мер по охране здоровья и безопасности часто требуется присутствие на объекте агента по охране труда и технике безопасности.

    Этап ввода в эксплуатацию Здоровье и безопасность

    По разным причинам ввод в эксплуатацию биогазовой установки, вероятно, является наиболее опасным этапом жизненного цикла проекта биогазовой установки.

    Так как метан взрывоопасен в воздухе при концентрации от 5% до 15%, метантенки содержат взрывоопасную атмосферу в какой-то момент во время фазы запуска. Когда концентрация метана поднимается выше 15%, риск взрыва значительно снижается. Фактически, биогазовые установки с большей вероятностью загорятся, чем взорвутся.

    Хотя и редко, но структурные разрушения могут произойти во время нагрузок системы, таких как заполнение резервуара или испытание трубопроводов высокого давления.

    Случайные гидравлические разряды могут произойти во время предэксплуатационной проверки насосов и клапанов, что может привести к травмам.

    Важно протестировать и откалибровать оборудование для обеспечения здоровья и безопасности, чтобы убедиться, что оно готово к работе на наиболее опасной фазе проекта.

    Этап эксплуатации Здоровье и безопасность

    Инциденты и аварии происходят, в основном, во время эксплуатации завода, и они либо вызваны отказом оборудования, ненадлежащим использованием оборудования или простыми человеческими ошибками.

    Самые смертоносные несчастные случаи происходят из-за отравления газом (h3S и Nh4) на открытых и замкнутых пространствах.

    Правильная подготовка в замкнутом пространстве и портативное обнаружение газа должны быть обязательными для всех операторов биогазовых установок.

    Процедуры блокировки оборудования должны строго соблюдаться, чтобы избежать ненужных несчастных случаев. Надлежащее обучение процессам и оборудованию должно быть обязательным для всех операторов биогазовых установок.

    Оборудование для обеспечения здоровья и безопасности, такое как газоанализатор, следует регулярно проверять на точность и калибровку.

    Правильные гигиенические процедуры (душ, мытье рук и т. Д.)) необходимо принудительно применять во избежание болезней, вызываемых патогенами.

    Наконец, персонал биогазовой установки должен быть обучен базовым навыкам пожаротушения и иметь возможность практиковать СЛР.

    Щелкните здесь, чтобы просмотреть общие правила безопасности Агентства по охране окружающей среды США для систем AD на фермах Общие методы безопасности →

    6. Исходное сырье

    Сырье диктует использование биогазовой технологии, а не наоборот. Чтобы правильно спроектировать биогазовую установку, разработчик должен полностью понимать ее сырье.

    Как сырье будет собираться и поступать на биогазовую установку? Сколько его? Когда это будет? В какой форме, жидкой или твердой? Какой тип грузовиков? Есть ли существенные различия в объемах в зависимости от сезона? Будет ли этот объем увеличиваться или уменьшаться с годами?

    Значительный объем работы должен уйти на попытку смоделировать изменение сырья в течение дней, месяцев и лет проекта. Без этой информации это может привести к неправильному определению размеров биогазовых установок, что приведет к неэффективной работе и неэффективным инвестициям.

    Состав сырья также должен быть хорошо известен, чтобы определить наиболее подходящие технологии для обработки этого материала. Кроме того, понимание состава сырья позволит прогнозировать качество дигестата, что поможет определить выходы дигестата.

    Подробный анализ состава сырья из проверенной лаборатории описывает следующие свойства сырья:

    • Содержание сухого или общего твердого вещества (TS)
    • Летучие твердые вещества (VS)
    • Общий Кеджхальский азот (TKN)
    • pH
    • Щелочность
    • Загрязняющие вещества (пластмассы, стекло, металлы и т. Д.)

    Тест на общее содержание твердых веществ заключается в полной сушке материала для определения массового отношения твердых частиц к воде в материале. Например, жидкий навоз молочных коров обычно содержит 10% твердых веществ и 90% воды.

    Испытание летучих твердых веществ состоит из сжигания (600 ° C) твердых веществ из теста на общее содержание твердых веществ для определения массового отношения летучих твердых веществ (сожженных) к золе.

    Обратите внимание, что лигноцеллюлозный материал (дерево) и пластмассы улетучиваются, но фактически не усваиваются анаэробными метантенками.

    Кроме того, анаэробному пищеварению могут препятствовать различные ингибирующие соединения, такие как сера, соли, аммиак и т. Д.

    По этим причинам могут проводиться дополнительные испытания сырья для определения усвояемости, долгосрочной стабильности и выхода биогаза. Лаборатории, специализирующиеся на биогазе, предложат следующие тесты:

    • Биометановый потенциал (BMP)
    • Анализ анаэробной токсичности (АТА)
    • Непрерывное пищеварение

    7.Технологии производства биогаза

    Технологии обработки анаэробного сбраживания делятся на два основных семейства:

    • Влажное сбраживание
    • Сухое сбраживание

    В любом случае эти технологии предлагают периодические или непрерывные процессы.

    Влажное сбраживание

    Процесс считается влажным сбраживанием, если содержимое варочного котла перекачивается. Это означает, что материал внутри варочного котла имеет консистенцию примерно 10% сухого вещества или меньше (90% воды).

    Существует множество конфигураций варочного котла :

    • Резервуарный реактор с полным перемешиванием или полностью перемешиваемый реактор (CSTR)
    • Пробка
    • Одеяло для анаэробного ила с восходящим потоком (UASB)
    • Реактор с фиксированной пленкой
    • Реакторы с плавающей пленкой
    • Реакторы шламового слоя
    • И многое другое.

    Эти конфигурации были разработаны для оптимизации процесса для различных условий исходного сырья и рыночных применений.

    Массовый баланс типичного процесса влажного сбраживания выглядит следующим образом:

    Например, 100 тонн органических органических веществ, выделенных из твердых бытовых источников (SSO), поступают на биогазовую установку с использованием влажного сбраживания (полная смесь). Это сырье необходимо предварительно обработать для удаления потенциальных загрязнителей (пластмассы, металл, песок и т. Д.). Приблизительно 10 тонн будут удалены в качестве загрязнителей и, вероятно, будут захоронены.

    Для перекачивания (10% TS) сырье будет разбавлено водой, которая может поступать из свежего источника или из смеси свежей и оборотной воды из сточной части биогазовой установки.Объем жидкого сырья, поступающего в метантенк, составит около 250 тонн.

    В варочных котлах бактерии потребляют большую часть летучих твердых веществ в сырье и превращают их в биогаз. Из варочных котлов выйдет около 10 тонн газа. Более жидкий дигестат составит примерно 240 тонн.

    На этом этапе дигестат может быть применен непосредственно к земле. Обратите внимание, что 100 тонн твердого материала превратились в 240 тонн жидкости и внесение дигестата в землю в этой форме повлечет значительные транспортные расходы.

    Дигестат также может быть разделен на твердую фракцию (45 тонн) для внесения в почву (или компостирование до 35 тонн) и жидкую фракцию (195 тонн) для возврата в бытовые сточные воды или непосредственно обратно в природу.

    Может возникнуть соблазн использовать очищенные сточные воды в качестве разбавляющей воды для входящего сырья и ограничить количество воды, потребляемой и отбрасываемой в процессе. Это возможно только в том случае, если очистные сооружения удаляют из воды почти все питательные вещества (соли и аммиак / аммоний).Без этого удаления в воде будет быстрое накопление питательных веществ, что замедлит и / или убьет анаэробный процесс пищеварения.

    Сухое сбраживание

    Процесс считается сухим сбраживанием, если содержимое варочного котла невозможно перекачивать. Это означает, что материал внутри варочного котла имеет консистенцию примерно 10% сухого вещества или более.

    Существует множество конфигураций сухих варочных котлов :

    • Непрерывный вертикальный
    • Непрерывный горизонтальный
    • Партия (Гаражи)
    • И многое другое.

    Эти конфигурации были разработаны для оптимизации процесса для различных условий исходного сырья и рыночных применений.

    Массовый баланс типичного процесса сухого разложения

    Например, 100 тонн твердых органических веществ, выделенных из муниципальных жилых источников (SSO), поступают на биогазовую установку с использованием сухого сбраживания (гаражный стиль). Это сырье не требует предварительной обработки для удаления потенциальных загрязнителей (пластмассы, металл, песок и т. Д.).).

    В варочных котлах бактерии потребляют большую часть летучих твердых веществ в сырье и превращают их в биогаз. Из варочных котлов выйдет около 10 тонн газа. Твердый дигестат будет составлять приблизительно 90 тонн. Обратите внимание, что выходящий дигестат будет более жидким, чем входящий материал. В некоторых случаях может потребоваться добавить некоторое количество наполнителя перед разложением, чтобы исходящий материал оставался твердым.

    В некоторых «сухих» варочных котлах непрерывного действия материал может выходить в виде густой жидкости.В этих случаях эта жидкость по-прежнему загрязнена (пластмассой, металлами, камнями, песками и т. Д.) И представляет собой очень сложный материал для утилизации на суше.

    В нашем примере твердый дигестат нельзя наносить непосредственно на землю, потому что загрязнители еще не удалены. Чтобы удалить загрязнения, материал должен быть достаточно высушен, чтобы обеспечить просеивание без засорения сит.

    Самый эффективный способ высушить этот материал — это компостировать его более сухим материалом, например, садовыми отходами.Компост — это отдельная наука, и здесь мы не будем его обсуждать. Однако мы отметим, что для компостирования часто требуется наполнитель (25 тонн), чтобы обеспечить надлежащую структуру материала, соответствующую условиям аэробного компостирования. Наполнитель будет добавлен к тоннажу просеиваемого материала для достижения качества переработки земли.

    Дигестат также может быть разделен на твердую фракцию (45 тонн) для внесения в почву и жидкую фракцию (195 тонн) для возврата в бытовые сточные воды или непосредственно обратно в природу.

    Здесь также может возникнуть соблазн использовать очищенные сточные воды в качестве разбавляющей воды для входящего сырья и ограничить количество воды, потребляемой и отклоняемой в процессе. Как и при влажном сбраживании, это возможно только в том случае, если очистная установка удаляет из воды почти все питательные вещества (соли и аммиак / аммоний). Без этого удаления в воде будет быстрое накопление питательных веществ, что замедлит и / или убьет анаэробный процесс пищеварения.

    Влажное и сухое разложение

    Как показано в приведенных выше примерах, серебряной пули нет, и неверно, что сухое сбраживание решает все проблемы со сточными водами, поскольку предприятия по производству компоста имеют собственные проблемы с очисткой фильтрата.

    В приведенном выше примере использование процесса влажного сбраживания привело к преобразованию 100 тонн SSO в 45 тонн твердого дигестата и примерно 100 тонн сточных вод (некоторые из них были переработаны). В результате процесса сухого сбраживания 80 тонн компоста перерабатываются на землю, обрабатываемую на предприятии по производству компоста, равном по размеру биогазовой установке.

    В общем, аммиак можно удалить из сточных вод, влажное сбраживание является предпочтительным, а если компостирование возможно, используется сухое сбраживание.

    8. Энергия биогаза

    Биогаз — это универсальная возобновляемая энергия, которую можно использовать для прямого нагрева, электричества и для замещения природного газа в тепловых или автомобильных приложениях.

    Биогаз производится биологическим путем из возобновляемой биомассы. Следовательно, он углеродно-нейтральный. Заменяя ископаемое топливо энергией биогаза, биогазовые проекты достигают сокращения выбросов парниковых газов (ПГ), что является краеугольным камнем всемирных стратегий смягчения последствий изменения климата.

    Биогаз из правильно функционирующей анаэробной системы сбраживания обычно состоит из:

    • Метан (55-65%)
    • Двуокись углерода (35-45%)
    • h3S (100-10000 частей на миллион)
    • Водяной пар (насыщенный при температуре биогаза)
    • Аммиак (следы)

    Как и биогаз, природный газ состоит в основном из метана. Биогаз похож на влажный природный газ, разбавленный углекислым газом и другими агрессивными газами. Биогаз со свалок будет содержать меньше метана, потому что воздух (азот и кислород) вдыхается в систему сбора биогаза.

    Утилизация биогаза

    Для каждого применения биогаза требуется специальное оборудование для кондиционирования и преобразования биогаза.

    Возобновляемый природный газ (ГСЧ) или биометан

    Существует несколько технологий , которые позволяют очищать или превращать биогаз в возобновляемый природный газ качества, пригодного для закачки в газовую сеть.

    Это следующие технологии:

    • Водяная стирка
    • Мембраны
    • Адсорбция или PSA
    • Абсорбция или разбавление органическим растворителем
    • прочие

    Эти технологии позволяют удалять диоксид углерода (CO2) и другие примеси (h3O, N2, h3S, силоксаны и т. Д.)), так что биометан становится взаимозаменяемым с обычным природным газом и может безопасно закачиваться в газопроводы. Как правило, эти технологии улавливают примерно 90 +% метана в биогазе (потери на 10% меньше) и повышают качество биометана или возобновляемого природного газа до 97 +% Ch5.

    Нажмите здесь, чтобы узнать больше о возобновляемом природном газе →

    Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ)

    В этом случае биогаз очищается для удаления в первую очередь h3S, силоксанов и водяного пара перед подачей в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) или микротурбину.Двигатель или турбина вращает электрический генератор, вырабатывающий электричество, которое вводится в электрическую сеть через набор электрических защит и трансформаторов.

    В процессе двигатель выделяет много тепла. К двигателю добавляются блоки рекуперации тепла для рекуперации тепла выхлопных газов и тепла охлаждения двигателя для выработки горячей воды или пара низкого давления.

    Как правило, биогазовая ТЭЦ преобразует 40% энергии биогаза в электричество и 50% в горячую воду.

    ТЭЦ имеет типичный коэффициент мощности 95%, что означает, что они стабильно производят электроэнергию в течение года (более 8300 часов в год), что делает их надежным активом по производству энергии.

    Прямая термическая обработка (котел или печь)

    В этом случае биогаз может быть очищен или нет (в зависимости от h3S или силоксанов) и подан в котел для производства горячей воды или пара для промышленного применения. КПД котла может достигать 95%, поэтому почти вся энергия биогаза преобразуется в полезную энергию (горячая вода, пар или горячий воздух).

    Однако оборудование, работающее на природном газе, необходимо переоборудовать для эффективного сжигания биогаза, поскольку биогаз имеет меньше энергии, поскольку он содержит 40% CO2, который не является топливом.

    Обратите внимание, что котел, подключенный к биогазовой установке, будет вырабатывать тепло круглосуточно и без выходных, и ему потребуется тепловой клиент с аналогичными потребностями в энергетическом профиле, в противном случае энергия будет потрачена впустую.

    Приложения для автомобилей, работающих на природном газе

    Транспортные средства, работающие на природном газе, существуют во всех размерах и формах, например, легковые автомобили, внедорожники, пикапы, минивэны, автобусы, а также легкие, средние и тяжелые грузовики.В настоящее время газомоторные автомобили не слишком популярны в Америке, но они довольно распространены в Европе и Азии. Некоторые производители автомобилей предлагают модели, работающие на природном газе.

    Транспортные средства, работающие на природном газе — это автомобили с двигателями внутреннего сгорания (дизельными или бензиновыми), которые работают на природном газе, который хранится либо в баллонах высокого давления в газообразной форме (CNG: сжатый природный газ), либо в криогенных резервуарах в жидкой форме (LNG). : сжиженный природный газ).

    Существует два (2) типа двигателей, работающих на природном газе: дизельные или газовые.

    Дизельные двигатели модифицированы для замены большей части потребляемого топлива природным газом. В таком модифицированном дизельном двигателе дизельное топливо необходимо для воспламенения природного газа, поскольку оно не воспламеняется автоматически под давлением, как дизельное топливо.

    Газовые двигатели — это, по сути, бензиновые двигатели, модифицированные для сжигания природного газа. Природный газ (как и бензин) впрыскивается в надлежащем соотношении воздух-топливо, чтобы обеспечить правильную взрывоопасную смесь для использования в поршне.

    Обычно двигатели, работающие на природном газе (дизельные или газовые), имеют меньшую топливную экономичность (15%), чем их бензиновые или дизельные эквиваленты.

    Существуют также двухтопливные системы, которые позволяют пользователю работать на любом топливе или на обоих одновременно. В случае с дизельными двигателями можно было работать на дизельном топливе только на смеси природного газа и дизельного топлива в разной пропорции в зависимости от нагрузки. В случае газового двигателя обычно двигатель может работать как на бензине, так и на природном газе.

    Эти двухтопливные системы обычно используются для расширения диапазона транспортных средств и обеспечения гибкости, позволяя использовать автомобиль в регионах, где нет станций, работающих на природном газе.

    В Канаде разрешено перевозить более тяжелые грузы, поэтому большая часть тяжелых перевозок выполняется с 15-литровыми дизельными двигателями (обычно 500 л.с.). В настоящее время не существует 15-литровых тяжелых грузовиков, работающих на природном газе. Большинство большегрузных грузовиков, работающих на природном газе, вращаются вокруг 12-литрового газового двигателя Cummins (400 л.с.).

    Биогаз или природный газ в качестве топлива

    Биогаз нельзя использовать непосредственно в транспортных средствах, работающих на сжатом природном газе. Из-за своих агрессивных компонентов биогаз может поставить под угрозу безопасность баллонов высокого давления.Точно так же биогаз нельзя сжижать без удаления содержащихся в нем h3S, CO2 и h3O, в противном случае он вызовет коррозию или образование льда (влажный и сухой лед) в процессе сжижения.

    Однако, если биогаз преобразован в возобновляемый природный газ (RNG) или биометан, как описано выше, его впоследствии можно будет использовать взаимозаменяемо с природным газом для заправки транспортных средств, работающих на природном газе.

    Обычно биогазовая установка закачивает свой биометан или ГСЧ в сеть, а станция газомоторного топлива будет построена где-то вдоль сети.В этом сценарии сеть действует как буфер, поскольку циклы заполнения вряд ли будут соответствовать стабильному производству биогазовой установки.

    Автомобили, работающие на природном газе, обеспечивают сокращение выбросов парниковых газов на 25% по сравнению с дизельным двигателем.

    Используя ГСЧ или биометан, мы можем сократить выбросы парниковых газов на транспорте более чем на 90%.

    СПГ и СПГ

    Сжиженный природный газ (СПГ) — это природный газ, который был охлажден до -160 ° C, после чего он меняет фазы на сжиженные и использует в 600 раз меньший объем.

    СПГ обеспечивает более высокую удельную энергию при 22 МДж на литр, чем сжатый природный газ (КПГ) при 9 МДж на литр при 3600 фунт / кв. По этой причине СПГ часто используется в приложениях, требующих более длительного рабочего диапазона, например, в тяжелых грузовиках. Для сравнения: удельная энергия дизельного топлива составляет 36 МДж / литр.

    CNG используется для всех типов транспортных приложений, но обеспечивает меньший диапазон работы.

    Все двигатели, работающие на природном газе, используют природный газ в газообразной форме при относительно низком давлении.

    В случае СПГ давление понижается с помощью регулятора давления. Сброс давления в газе приведет к его значительному охлаждению, поэтому крайне важно, чтобы природный газ был очень сухим перед сжатием, чтобы избежать обледенения во время декомпрессии в топливной системе транспортного средства.

    В случае СПГ сжиженный природный газ, хранящийся в криогенном резервуаре (по сути, термосе), закачивается в испаритель, который нагревает сжиженный природный газ выше его точки кипения (-160 ° C), где он превращается в газ и будет подаваться. к двигателю.Когда автомобиль не используется, сжиженный природный газ начнет выкипать, когда температура в баке поднимется выше -160 ° C. Выкипание представляет собой газообразный природный газ, который создает давление в криогенном резервуаре (около 100 фунтов на кв. Дюйм). Клапан сброса давления открывается и выпускает избыточный газ в атмосферу. Таким образом, автомобили, работающие на СПГ, не могут храниться внутри. Кроме того, автомобили, работающие на СПГ, не должны стоять на месте в течение длительного периода времени, в противном случае они выбрасывают свое топливо в атмосферу и выделяют парниковые газы.Транспортные средства, работающие на КПГ, не имеют проблемы с вентиляцией / потерями топлива.

    Обе технологии, КПГ и СПГ, имеют свои плюсы и минусы, и выбор действительно зависит от области применения.

    Тем не менее, технология СПГ более широко применяется, чем СПГ, из-за ее простоты и доступности топлива (производство СПГ сложное и далеко друг от друга).

    Газовые станции

    Существует три (3) типа газомоторных станций: СПГ, СПГ с временной заправкой и СПГ с быстрой заправкой.

    Станции СПГ состоят из криогенных резервуаров, насосов, ТРК и систем охлаждения. СПГ доставляется с завода на станцию ​​цистернами и перекачивается в криогенный резервуар станции. Криогенный бак охлаждают с помощью различных технологий (например, жидкого азота), чтобы избежать выкипания топлива. Автозаправщики подъезжают к ТРК, подсоединяют шланг к криогенному резервуару на автомобилях и начинают подкачку. Вытесненный газообразный природный газ, заполняющий резервуар, улавливается той же форсункой и направляется в резервуар станции, чтобы предотвратить выброс природного газа в атмосферу.

    АГНКС — это станции, которые заправляют автомобили в течение длительного периода времени (например, за ночь). Эти станции состоят из осушителя газа, мощного компрессора и нескольких раздаточных шлангов, к которым подсоединены транспортные средства для наполнения в течение длительного периода времени (10 часов), что позволяет охлаждать баллоны с течением времени, а также действительно полная заливка.

    АГНКС — это станции, которые позволяют быстро заправлять автомобиль, эквивалентный их дизельным или бензиновым аналогам.Эти станции состоят из осушителя газа, компрессора большой мощности, буферных баллонов высокого давления (4500 фунтов на кв. Дюйм), распределительных клапанов и колонок, аналогичных бензиновым или дизельным. Автомобили подъезжают к диспенсеру, подсоединяют шланг высокого давления к цилиндрам автомобиля и начинают заправку. Первоначально давление из буферных цилиндров высокого давления запустит наполнение без компрессора, и когда давление между станцией и транспортным средством уравновесится, компрессор включится для завершения наполнения.

    При быстром заполнении баллона давление и температура будут расти. Когда будет достигнуто максимальное давление (т. Е. 4000 фунтов на кв. Дюйм), компрессор остановится. Но если баллон остынет, он потеряет давление и может опуститься до 3600 фунтов на кв. Дюйм (на 10% меньше номинальной емкости).

    NGV Economics Автомобили

    , работающие на газомоторном топливе, стоят дороже, чем их аналог на дизельном и бензиновом топливе.

    В любой технологии, КПГ или СПГ, большая часть дополнительных затрат приходится на бортовые резервуары для хранения (баллоны высокого давления или криогенные резервуары).

    Природный газ в сети в изобилии и дешев (5-8 долларов за ГДж). Дизель сильно колеблется, но в целом значительно дороже (25-35 долларов за ГДж).

    Сжатие или сжижение природного газа, чтобы сделать его пригодным для использования на газомоторном топливе, будет стоить дополнительно 5-10 долларов за ГДж. Таким образом, готовый к потреблению природный газ будет стоить примерно 12-20 долларов за ГДж после вычета прибыли оператора станции. Верхний предел этого диапазона будет представлять стоимость СПГ, а нижний предел — станцию ​​временной заправки СПГ большого объема.

    Таким образом, оказывается, что эксплуатация газомоторного двигателя должна стоить на 50% меньше, чем дизельный или бензиновый эквивалент.

    На самом деле, дополнительная стоимость автомобиля, модификации гаража, чтобы сделать его пригодным для технического обслуживания автомобилей, работающих на природном газе (проблемы со взрывом), неполные заправки, меньшая эффективность двигателя, работающего на природном газе, уменьшают эту экономию примерно до 25-30%.

    Так почему же на дорогах больше нет газомоторного топлива?

    Есть несколько факторов, замедляющих развертывание газомоторных автомобилей, например:

    • Недостаток знаний
    • Сопротивление изменениям
    • Тревога заправки (дальность)
    • Отсутствие автозаправочных станций
    • Ограниченное предложение OEM-автомобилей
    • Ценники на газомоторы
    • Колебание цены на дизельное топливо
    • и т. Д.

    Существует проблема курицы и яйца (станции против транспортных средств), которую правительство, заинтересованное в развитии производства / распределения биогаза и / или природного газа и сокращении выбросов парниковых газов, должно решить путем предоставления стимулов для строительства большего количества станций и покупки большего количества транспортных средств, пока отрасль не соберет критическая масса.

    Нажмите здесь, чтобы воспользоваться нашим калькулятором экономии парка КПГ →

    Производство биогаза в сравнении с потреблением

    В процессе стабильного анаэробного сбраживания биогаз будет постоянно производиться 24 часа в сутки, 365 дней в году без перебоев.

    Потребители энергии биогаза должны иметь схожий профиль потребления или должны обеспечивать буферную емкость для поглощения разницы между производством и потреблением.

    Хранилище биогаза

    Биогаз обычно хранится при давлении, близком к атмосферному. Поскольку биогаз в сыром виде является влажным и вызывает коррозию, его нельзя хранить в резервуарах под давлением, поскольку он вызовет коррозию, что приведет к проблемам с безопасностью.

    Хранение под давлением возможно только в том случае, если биогаз был модернизирован в соответствии со спецификациями трубопровода возобновляемого природного газа.

    Хранение при атмосферном давлении занимает значительный объем.

    9. Управление дигестатом

    Как показано в разделе о влажном и сухом сбраживании, существует пять (5) типов дигестата:

    • Чистый жидкий дигестат
    • Чистый твердый дигестат
    • Загрязненный жидкий дигестат
    • Загрязненный твердый дигестат
    • Загрязненный полутвердый дигестат

    Только чистые жидкие или твердые дигестаты можно вносить непосредственно в почву без дополнительной обработки.Эти дигестаты часто образуются из навоза, пищевых отходов или предварительно обработанных метантенков SSO, где практически нет загрязняющих веществ в перевариваемом сырье.

    В большинстве случаев жидкий дигестат разделяют на твердую и жидкую фракции с использованием технологий разделения жидкость / твердое вещество.

    Твердая фракция

    Как упоминалось ранее, чистый твердый дигестат можно вносить непосредственно в почву.

    Загрязненные твердые частицы, поступающие из сухого варочного котла или оборудования для разделения жидкости и твердого вещества, необходимо будет компостировать для достижения надлежащей осушки для просеивания загрязняющих веществ перед внесением в почву.

    Жидкая фракция

    Также упоминалось ранее, чистый жидкий дигестат можно наносить непосредственно на землю.

    Загрязненные жидкости, поступающие из варочного котла или оборудования для разделения жидкости и твердого вещества, потребуют надлежащей очистки сточных вод, такой как осаждение взвешенных твердых частиц, уменьшение ХПК, БПК и соединений аммиака.

    10. Компоненты биогазовой установки

    Участок

    При выборе площадки необходимо изучить несколько аспектов:

    • Преобладающий ветер / рассеивание в воздухе
    • Подъезд к дороге
    • Близость к электросетям
    • Геотехнический
    • Загрязнение
    • Близость соседей

    Строительные работы

    Биогазовая установка будет оборудована дорогами, накипью, дренажем, озеленением и т. Д.

    Здания

    Биогазовые установки будут иметь одно или несколько зданий, в которых будет находиться процесс, а также все человеческие ресурсы, которые будут его обслуживать. Этому зданию могут потребоваться особые архитектурные характеристики с точки зрения эстетики, комфорта и эффективности.

    Приемная

    Это зона биогазовой установки, куда поступает сырье. Он может быть рассчитан на прием нескольких грузовиков разных размеров. Обычно прием материала происходит в помещении, и именно здесь возникает большая часть проблем с запахом.Открытие и закрытие дверей для грузовиков обычно является основным источником запаха для биогазовой установки.

    Подготовка сырья

    В зависимости от используемой технологии здесь полученный материал подготавливается для подачи в варочные котлы. Его можно обеззаразить с помощью таких технологий, как:

    • Гидравлические измельчители
    • Мельницы молотковые сепарационные
    • Прессы

    Анаэробное сбраживание

    Центральное оборудование биогазовой установки, варочный котел — это место, где сырье подвергается биологическому разложению анаэробными бактериями с образованием биогаза и дигестата.

    Обработка дигестатом

    Разделение: Жидкий дигестат можно отжимать для отделения жидкой фракции от твердых веществ.

    Компостирование: Биогазовая установка может быть оборудована установкой для компостирования для стабилизации или сушки и обеззараживания твердой фракции его дигестата.

    Очистка сточных вод: Жидкую фракцию дигестата часто необходимо очищать перед сбросом в природу или в сточные воды.

    Обработка запаха

    Запахи, возникающие внутри здания, необходимо контролировать (с помощью надлежащей вентиляции) и устранять до выброса в атмосферу.

    Обработка биогаза

    В следующий список входит все оборудование, необходимое для работы с биогазом:

    • Трубы
    • Расходомеры
    • Конденсатосборник
    • Хранилище
    • Вспышка

    Очистка биогаза

    Оборудование, необходимое для очистки биогаза в соответствии со спецификациями для предполагаемого применения.

    Утилизация биогаза

    Оборудование, позволяющее использовать биогаз или биометан (ГСЧ) следующим образом:

    • Котел
    • ТЭЦ
    • Устройство для обогащения биогаза
    • Компрессор

    11.Экономика биогазового проекта

    Экономика биогазовых установок сложна и варьируется в зависимости от условий местного рынка.

    Выручка

    Биогазовые установки могут приносить несколько доходов, например:

    • Плата за лечение : Деньги, которые вы получаете (или откладываете) за прием и обработку сырья. В Северной Америке это составляет большую часть дохода проекта (60-80%).
    • Продажа энергии : Деньги, которые вы получаете за продажу энергии биогаза (20-40% дохода).Только на рынках с высокими льготными тарифами продажи энергии будут составлять большую часть доходов проекта.
    • Продажа дигестата / компоста : Деньги, которые вы получаете (или откладываете) за продажу дигестата или компоста. Обычно за утилизацию дигестата или компоста приходится платить.
    • Углеродные кредиты : Биогазовые установки действительно генерируют углеродные кредиты, которые можно продать. Однако объемы небольшие, и сборы за валидацию и сертификацию часто составляют львиную долю этого дохода.

    Финансирование

    Биогазовые установки финансируются за счет собственного капитала, заемных средств, субсидий и налоговых кредитов. Муниципалитеты будут финансировать свой проект за счет субсидий и заемных средств. Частные проекты потребуют значительного капитала (25%) и энергетических контрактов от солидных клиентов для обеспечения их долга.

    Операционные расходы

    Операционные расходы (OPEX) обычно состоят из:

    • Заработная плата
    • Плата за обслуживание долга
    • Плата за удаление отходов (загрязняющие вещества, дигестат)
    • Энергия (потребленная)
    • Техническое обслуживание оборудования
    • Расходные материалы
    • Налоги
    • Страхование

    CAPEX

    Капитальные затраты (CAPEX) сильно различаются в зависимости от проекта.

    Муниципальные проекты самые сложные и дорогие. Обычно в Северной Америке они стоят от 800 до 1500 долларов за тонну годовой мощности очистки.

    Сельскохозяйственные проекты самые простые и наименее дорогие. Как правило, в Северной Америке они стоят от 4500 до 8000 долларов за установленную электрическую мощность.

    12. Разработка биогазового проекта

    Существует несколько критических шагов в реализации успешного биогазового проекта, хотя разработчики проектов, как правило, сосредотачивают свои усилия на определении лучшей технологии анаэробного сбраживания для своего проекта вместо того, чтобы твердо понять основы своего проекта прежде всего.

    Биогазовые установки — это большие дорогие и привередливые биологические системы, требующие тщательного планирования. Фактически, большинство отказов биогазовых установок происходит из-за плохого планирования и / или недостаточного внимания к основам проекта, таким как сырье, использование энергии, управление дигестатом и финансирование.

    Исследования и предварительное проектирование

    Требуется много работы по созданию основ проекта (исследования).

    Установление ожидаемых методов сбора сырья (грузовики, бункеры, маршруты и т. Д.)), количество, качество и общая логистика (контракты на сбор, станции передачи, часы приема и т. д.) часто требуют значительных исследований и планирования. Нельзя недооценивать усилия, необходимые для понимания того, сколько, когда и в каком состоянии органические отходы попадут на биогазовую установку.

    Поиск подходящего места для биогазовой установки также требует значительных усилий. Участок должен соответствовать надлежащему зонированию и экологическим нормам (близость к домам, рекам, колодцам и т. Д.). К участку также должен быть легко добраться по дороге, чтобы сырье могло поступать, а дигестат выходил, не создавая слишком больших неудобств для движения по соседству. Наконец, объект должен быть рядом с энергосистемой (газовой или электрической), чтобы энергия биогаза могла эффективно экспортироваться.

    Обращение с дигестатом должно быть тщательно изучено, так как его утилизация часто является самой большой стоимостью эксплуатации биогазовой установки. Все возможные способы утилизации, преобразования или обработки должны быть приняты во внимание, чтобы гарантировать, что окончательная стратегия управления дигестатом является наиболее эффективной.В противном случае экономика биогазовой установки будет менее чем оптимальной.

    После того, как основные принципы установлены, будет составлена ​​концепция и оценена стоимость проекта.

    Помимо этой первоначальной инженерной концепции, часто требуются дальнейшие исследования и анализ, а именно:

    • Загрязнение территории (почва, здания и т. Д.)
    • Анализ рисков
    • Анализ стоимости
    • Действующие нормы и правила
    • Оценка временной шкалы

    Правильный предварительный инжиниринг важен для разработки жизнеспособного экономического обоснования, которое оправдает значительное финансирование, необходимое для реализации биогазового проекта.

    Дизайн

    Детальное проектирование биогазового проекта состоит из нескольких дисциплин, работающих в тесном сотрудничестве, таких как:

    Управление проектами

    Для обеспечения тесного взаимодействия всех инженерных дисциплин для эффективного создания оптимального дизайна.

    Технологический процесс

    Для определения процессов, необходимых для кондиционирования сырья, анаэробного сбраживания, обработки газа, обработки дигестатом, управления запахом и т. Д.

    Машиностроение

    Для всех аспектов работы с материалами: прием и транспортировка твердых отходов, перекачка жидкостей, сжатие газа и т. Д.

    Электротехника

    Для решения всех аспектов электроснабжения и автоматизации (датчики, ПЛК и исполнительные механизмы).

    Гражданское строительство

    Для выполнения земляных работ, засыпки и коммунальных услуг (дренаж, канализация, водоснабжение и т. Д.).

    Строительное проектирование

    Для обеспечения безопасности и прочности фундамента, способного выдержать конструктивную нагрузку здания, на которое опирается технологическое оборудование.

    Строительное машиностроение

    Для всех аспектов вентиляции, противопожарной защиты, освещения, электричества и водопровода.

    Архитектура

    Для обработки всех технических и визуальных аспектов участка и зданий.

    Выполнено детальное проектирование, чтобы создать чертежи и установить спецификации для всех компонентов биогазовой установки. Очевидно, что конструкция должна соответствовать местным нормам и правилам.

    Получение разрешений и заключение контрактов на энергию

    После того, как чертежи и спецификации будут завершены, проект должен получить все необходимые разрешения на строительство. В зависимости от юрисдикции обычно требуется несколько разных разрешений от местных муниципалитетов и природоохранных агентств.

    Параллельно следует заключить энергетический контракт с местным поставщиком энергии. Эти контракты могут быть технически и юридически сложными и потребовать надлежащей технической и юридической поддержки.

    Не стоит недооценивать время, необходимое для выдачи разрешений и / или заключения энергетического контракта с поставщиками энергии.

    Финансирование

    Финансирование будет происходить только в том случае, если проект будет разрешен и если есть серьезный заказчик для энергии биогаза.

    Финансисты потребуют справедливости и гарантий. Будет проведена комплексная проверка дизайна, клиентов, менеджмента, анализа рисков и т. Д.

    Только после удовлетворения всех этих ответов будет подтверждено финансирование проекта.

    Закупки

    Покупка продуктов и услуг для реализации дизайна. Обычно закупка завода разбивается на несколько контрактов, например:

    • Дезактивация участка
    • Общестроительные работы
    • Фундаменты / бетонные работы
    • Лаборатории контроля качества (материалы)
    • Строительная конструкция
    • Строительная оболочка
    • Строительное оборудование
    • Электрооборудование
    • Автоматика
    • Технологическое оборудование (варочные котлы, газоочистители, гидроразбиватели, конвейеры и т. Д.))
    • Механический монтаж
    • Управление строительством
    • Технический надзор

    Государственные учреждения, такие как муниципалитет, часто направляют запрос предложений (RFP) на проектирование-строительство (DB) или проектирование-строительство-эксплуатация (DBO), чтобы все эти контракты на закупки выполнялись выбранным подрядчиком . Муниципальные закупки часто бывают обременительными и медленными, поэтому следует ожидать значительных потенциальных задержек в реализации биогазового проекта.

    Строительство

    После получения всех разрешений и получения финансирования можно начинать закупки и строительство.

    Надлежащее управление строительством под надзором генерального подрядчика необходимо для обеспечения своевременного проведения закупок и выполнения различных контрактов во избежание конфликтов при строительстве и ненужных задержек.

    Технический надзор необходим для того, чтобы конструкции соответствовали проекту.

    Строительные площадки должны управляться должным образом, чтобы обеспечить безопасность и безопасность персонала. На площадке должны быть предусмотрены временные службы (электричество, канализация, жилые помещения и т. Д.), А также прием (складирование) и хранение материалов и оборудования.

    Ввод в эксплуатацию

    По завершении различных фаз биогазового проекта необходимо провести предэксплуатационные проверки, чтобы убедиться, что все оборудование было правильно установлено. В этот момент может быть предоставлена ​​частичная приемка биогазовой установки, чтобы различные подрядчики могли получить оплату.

    После проверки можно начинать процесс анаэробного сбраживания. Должна быть надлежащая координация со сборщиками сырья, чтобы гарантировать, что они могут в достаточной степени и эффективно снабжать процесс сырьем.

    После достижения производительности биогазовой установки может быть предоставлена ​​окончательная приемка для оплаты баланса поставщиков и официального начала эксплуатации биогазовой установки.

    Эксплуатация

    Повседневная эксплуатация биогазовой установки включает следующие задачи:

    Прием материалов

    Операторы будут координировать логистику прибытия сырья, проводить визуальный осмотр полученного материала и полученных бревен.

    Кондиционирование материала

    Операторы передают материал от приемного устройства к оборудованию кондиционирования.

    Контроль процесса анаэробного сбраживания

    Операторы будут управлять и контролировать различные аспекты процесса анаэробного сбраживания, такие как температура, OLR, FOS / TAC, pH и т. Д.

    Работа системы очистки дигестата

    Операторы будут следить за процессами обезвоживания, сушки и очистки воды.

    Операция по очистке сточных вод

    Операторы следят за тем, чтобы процесс очистки воды работал.

    Удаление загрязняющих веществ

    Операторы будут управлять логистикой и удалением всех загрязняющих веществ, образующихся в процессе.

    Процесс компостирования (если есть)

    Операторы будут управлять и контролировать различные аспекты процесса компостирования.

    Удаление дигестата / компоста

    Операторы будут управлять утилизацией дигестата / компоста.

    Техническое обслуживание

    Биогазовые установки оснащены множеством оборудования, которое необходимо обслуживать, чтобы оно оставалось оптимально работоспособным на протяжении всего запланированного жизненного цикла.

    Также операторы должны устанавливать и проводить профилактическое обслуживание оборудования.

    Незапланированное обслуживание и ремонт также ожидаются и требуются ежедневно.

    Оптимизация

    Оптимизация биогазовой установки может быть достигнута путем внесения изменений для улучшения процессов или производительности.

    Послесловие

    В настоящее время онлайн-документы находятся в стадии разработки, и их можно редактировать одним нажатием кнопки. В этом новом мире концепция послесловия как-то устарела. Тем не менее, я хотел бы сказать, что написание первой версии этого справочника доставило мне большое удовлетворение, и я надеюсь, что у меня возникнет такое же чувство, пытаясь со временем прогрессировать, чтобы он стал справочным пособием, используемым всеми на пути к созданию производительной биогазовой установки.


    БИОГЕСТ строит первую биогазовую установку в Айдахо

    Установленная мощность

    МБТЕ / год


    120 000 т коровьего навоза
    Молочная ферма в Айдахо

    Округ Кассия, ID / Денвер, Колорадо: BIOGEST получил свой первый заказ в США на строительство сельскохозяйственной биогазовой установки в Айдахо. Тепловая мощность завода составляет 90 000 млн БТЕ в год. и перерабатывает 120 000 т коровьего навоза в год. В процессе навоза превращаются в высококачественные органические удобрения, которые заменяют химические продукты.Проверенная технология биогазовой установки BIOGEST предлагает значительные преимущества в области энергоэффективности и эксплуатационной безопасности, а также простую и экономичную систему обслуживания.

    Растущий дефицит энергии, рост технологий и плотность населения значительно повысили важность возобновляемых источников энергии. Производство биогаза из отходов животноводства, сельского хозяйства и пищевых продуктов — один из наиболее быстро развивающихся секторов возобновляемой энергии в Соединенных Штатах. Федеральное правительство и правительства штатов поддерживают это развитие через несколько программ, таких как Калифорнийский стандарт низкоуглеродного топлива (LCFS), который привел к крупным инвестициям в строительство биометановых заводов, которые станут поставщиками возобновляемого топлива для транспортного сектора.

    Генеральный директор BIOGEST America Мартин Шлерка «Местное сельское хозяйство в Айдахо обширно и впечатляет, что дает широкие возможности для использования альтернативных источников энергии. Этот первый проект станет примером передовой практики для нашего портфеля проектов в США, и нам не терпится показать наш эталонный завод потенциальным клиентам вживую! »

    Финансовый директор BIOGEST America Грегор Вогрин «Наш первый проект в США объединит проверенную высокоэффективную ферментацию с отличными рыночными условиями, которые могут предложить США.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.